JP2016092829A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve accuracy of an oscillating frequency or provide a circuit configuration which can achieve improvement in accuracy of an oscillating frequency.SOLUTION: A semiconductor device includes an oscillation circuit which has first through n-th (n is an odd number equal to or larger than 3) inverters, a first circuit and a second circuit. A first terminal of each of the first circuit and the second circuit is electrically connected with an output terminal of the i-th (i is any one of first through (n-1)) and a second terminal of each of the first circuit and the second circuit is electrically connected with an input terminal of the (i+1)-th inverter. A total length of a wiring path between the output terminal of the i-th inverter and the first terminal of the first circuit and a wiring path between the second terminal of the first circuit and the input terminal of the (i+1)-th inverter is substantially equivalent with a total length of a wiring path between the output terminal of the i-th inverter and the first terminal of the second circuit and a wiring path between the second terminal of the second circuit and the input terminal of the (i+1)-th inverter.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の一態様は、半導体装置等の装置又はその駆動方法に関する。   One embodiment of the present invention relates to a device such as a semiconductor device or a driving method thereof.

なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。   Note that one embodiment of the present invention is not limited to the above technical field. The technical field of one embodiment of the invention disclosed in this specification and the like relates to an object, a method, or a manufacturing method. Alternatively, one embodiment of the present invention relates to a process, a machine, a manufacture, or a composition (composition of matter). Therefore, the technical field of one embodiment of the present invention disclosed in this specification more specifically includes a semiconductor device, a display device, a liquid crystal display device, a light-emitting device, a lighting device, a power storage device, a memory device, a driving method thereof, Alternatively, the production method thereof can be given as an example.

PLL(Phase Locked Loop)の開発が活発に進められている(非特許文献1参照)。PLLは、CPU、又はプログラマブルロジックデバイス等の回路において、回路を所望の動作速度で動作させるために用いられる。   Development of PLL (Phase Locked Loop) is being actively promoted (see Non-Patent Document 1). The PLL is used in a circuit such as a CPU or a programmable logic device to operate the circuit at a desired operation speed.

X. Gao, A. M. Klumperink, P. F. J. Geraedts, B. Nauta, ”Jitter Analysis and a Benchmarking Figure−of−Merit for Phase−Locked Loops” IEEE Trans. On Circuits and Systems−II, vol. 56, no. 2, pp. 117−121, Feb. 2009X. Gao, A.A. M.M. Klumperink, P.M. F. J. et al. Geraedts, B.A. Nauta, "Jitter Analysis and a Benchmarking Figure-of-Merit for Phase-Locked Loops" IEEE Trans. On Circuits and Systems-II, vol. 56, no. 2, pp. 117-121, Feb. 2009

従来のPLL回路では、発振周波数を瞬時に切り替えることが困難であった。   In the conventional PLL circuit, it is difficult to switch the oscillation frequency instantaneously.

本発明の一態様は、新規の回路構成を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、発振周波数を切り替えること、又はそれを実現可能な回路構成を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、発振周波数の精度を向上させること、又はそれを実現可能な回路構成を提供すること課題の一とする。   An object of one embodiment of the present invention is to provide a novel circuit configuration. An object of one embodiment of the present invention is to switch an oscillation frequency or provide a circuit configuration that can realize the switching. An object of one embodiment of the present invention is to improve the accuracy of an oscillation frequency or provide a circuit configuration capable of realizing the same.

なお、本発明の一態様は、新規な半導体装置などの提供を、課題の一つとする。なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの課題の全てを解決する必要はない。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。   Note that an object of one embodiment of the present invention is to provide a novel semiconductor device or the like. Note that the description of these problems does not disturb the existence of other problems. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily have to solve all of these problems. Issues other than these will be apparent from the description of the specification, drawings, claims, etc., and other issues can be extracted from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.

本発明の一態様は、発振回路を有し、発振回路は、第1乃至第n(nは3以上の奇数)のインバータと、第1の回路と、第2の回路と、を有し、第1の回路の第1の端子は、第i(iは1乃至n−1のいずれか一)のインバータの出力端子と電気的に接続され、第1の回路の第2の端子は、第i+1のインバータの入力端子と電気的に接続され、第2の回路の第1の端子は、第iのインバータの出力端子と電気的に接続され、第2の回路の第2の端子は、第i+1のインバータの入力端子と電気的に接続され、第iのインバータの出力端子と第1の回路の第1の端子との間の配線経路と、第1の回路の第2の端子と第i+1のインバータの入力端子との間の配線経路と、の長さの和と、第iのインバータの出力端子と第2の回路の第1の端子との間の配線経路と、第2の回路の第2の端子と第i+1のインバータの入力端子との間の配線経路と、の長さの和が、概略等しいことを特徴とする半導体装置である。   One embodiment of the present invention includes an oscillation circuit, and the oscillation circuit includes first to n-th (n is an odd number of 3 or more) inverters, a first circuit, and a second circuit. The first terminal of the first circuit is electrically connected to the output terminal of the i-th inverter (i is any one of 1 to n-1), and the second terminal of the first circuit is The first terminal of the second circuit is electrically connected to the output terminal of the i-th inverter, and the second terminal of the second circuit is electrically connected to the input terminal of the i + 1 inverter. a wiring path between the output terminal of the i-th inverter and the first terminal of the first circuit; the second terminal of the first circuit; and the i + 1-th terminal. The length of the wiring path between the input terminal of the inverter and the output terminal of the i-th inverter and the first terminal of the second circuit And a wiring path between the second terminal of the second circuit and the input terminal of the (i + 1) th inverter are approximately equal in length. .

また、本発明の他の一態様は、第1の回路および第2の回路の少なくとも一部の上に絶縁膜を有し、絶縁膜の上に、第iのインバータの出力端子と電気的に接続された第1の配線と、第i+1のインバータの入力端子と電気的に接続された第2の配線を有し、第1の配線は、絶縁膜に設けられた第1の開口部を介して第1の回路の第1の端子と電気的に接続され、且つ絶縁膜に設けられた第2の開口部を介して第2の回路の第1の端子と電気的に接続され、第2の配線は、絶縁膜に設けられた第3の開口部を介して第1の回路の第2の端子と電気的に接続され、且つ絶縁膜に設けられた第4の開口部を介して第2の回路の第2の端子と電気的に接続され、第1の開口部と第2の開口部の間の距離は、第3の開口部と第4の開口部の間の距離と概略等しいことが好ましい。   Another embodiment of the present invention includes an insulating film over at least part of the first circuit and the second circuit, and is electrically connected to the output terminal of the i-th inverter over the insulating film. A first wiring connected to the input terminal of the (i + 1) th inverter; and the first wiring is connected to the first wiring through the first opening provided in the insulating film. Electrically connected to the first terminal of the first circuit and electrically connected to the first terminal of the second circuit through the second opening provided in the insulating film. The wiring is electrically connected to the second terminal of the first circuit through the third opening provided in the insulating film, and is connected to the second terminal through the fourth opening provided in the insulating film. And the distance between the first opening and the second opening is the distance between the third opening and the fourth opening. Substantially it is preferably equal.

また、本発明の他の一態様は、第j(jは1以上n以下の奇数)のインバータが設けられた第1の領域と、第1の回路および第2の回路が設けられた第2の領域と、第k(kは2以上n−1以下の偶数)のインバータが設けられた第3の領域と、を有し、第1の領域と第3の領域の間に、第2の領域が位置することが好ましい。   In another embodiment of the present invention, a first region in which a j-th inverter (j is an odd number from 1 to n) is provided, and a second region in which a first circuit and a second circuit are provided. And a third region provided with a k-th (k is an even number not less than 2 and not more than n−1) inverter, and the second region is between the first region and the third region. It is preferred that the region is located.

また、本発明の他の一態様は、第1の回路は、第1のデータを格納する機能を有し、第1の回路は、第1の端子と第2の端子とを非導通にするか、第1の端子と第2の端子との間の抵抗値を第1のデータに基づいた値にするかを切り替える機能を有し、第2の回路は、第2のデータを格納する機能を有し、第2の回路は、第1の端子と第2の端子とを非導通にするか、第1の端子と第2の端子との間の抵抗値を第2のデータに基づいた値にするかを切り替える機能を有することが好ましい。   According to another embodiment of the present invention, the first circuit has a function of storing first data, and the first circuit makes the first terminal and the second terminal non-conductive. Or a function of switching the resistance value between the first terminal and the second terminal to a value based on the first data, and the second circuit is a function of storing the second data And the second circuit makes the first terminal and the second terminal non-conductive, or the resistance value between the first terminal and the second terminal is based on the second data It is preferable to have a function of switching between values.

また、本発明の他の一態様は、第1のデータ及び第2のデータは、アナログ電位であってもよい。   In another embodiment of the present invention, the first data and the second data may be analog potentials.

また、本発明の他の一態様は、第1の回路は、第1のトランジスタと、第1の容量素子と、を有し、第2の回路は、第2のトランジスタと、第2の容量素子と、を有し、第1のデータは、第1のトランジスタを介して第1の容量素子に入力され、第2のデータは、第2のトランジスタを介して第2の容量素子に入力され、第1のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有し、第2のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有していてもよい。   According to another embodiment of the present invention, the first circuit includes a first transistor and a first capacitor, and the second circuit includes a second transistor and a second capacitor. And the first data is input to the first capacitor through the first transistor, and the second data is input to the second capacitor through the second transistor. The first transistor may include an oxide semiconductor in the channel formation region, and the second transistor may include an oxide semiconductor in the channel formation region.

また、本発明の他の一態様は、第1の回路は、第3のトランジスタと、第4のトランジスタと、を有し、第2の回路は、第5のトランジスタと、第6のトランジスタと、を有し、第3のトランジスタ及び第4のトランジスタは、第1の回路の第1の端子と第1の回路の第2の端子との間に直列に電気的に接続され、第5のトランジスタ及び第6のトランジスタは、第2の回路の第1の端子と第2の回路の第2の端子との間に直列に電気的に接続され、第3のトランジスタのソースとドレインとの間の抵抗値は、第1のデータに基づいた値を有し、第4のトランジスタは、第1の回路の第1の端子と第1の回路の第2の端子との導通又は非導通を制御する機能を有し、第5のトランジスタのソースとドレインとの間の抵抗値は、第2のデータに基づいた値を有し、第6のトランジスタは、第2の回路の第1の端子と第2の回路の第2の端子との導通又は非導通を制御する機能を有していてもよい。   According to another embodiment of the present invention, the first circuit includes a third transistor and a fourth transistor, and the second circuit includes a fifth transistor, a sixth transistor, The third transistor and the fourth transistor are electrically connected in series between the first terminal of the first circuit and the second terminal of the first circuit, and the fifth transistor The transistor and the sixth transistor are electrically connected in series between the first terminal of the second circuit and the second terminal of the second circuit, and between the source and drain of the third transistor. Has a value based on the first data, and the fourth transistor controls conduction or non-conduction between the first terminal of the first circuit and the second terminal of the first circuit. The resistance value between the source and drain of the fifth transistor is the second data. It has Zui value, the sixth transistor may have a function of controlling conduction or non-conduction between the second terminal of the first terminal and the second circuit of the second circuit.

上記装置において、PLLを有していてもよい。PLLは、発振回路と、分周器と、位相比較器と、ループフィルタと、を有する。   The above apparatus may have a PLL. The PLL includes an oscillation circuit, a frequency divider, a phase comparator, and a loop filter.

本発明の一態様により、新規の回路構成を提供することができる。本発明の一態様により、発振周波数を切り替えること、又はそれを実現可能な回路構成を提供することができる。本発明の一態様により、発振周波数の精度を向上させること、又はそれを実現可能な回路構成を提供することができる。   According to one embodiment of the present invention, a novel circuit configuration can be provided. According to one embodiment of the present invention, an oscillation frequency can be switched or a circuit configuration that can realize the switching can be provided. According to one embodiment of the present invention, the accuracy of an oscillation frequency can be improved, or a circuit configuration that can realize this can be provided.

なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、必ずしも、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。   Note that the description of these effects does not disturb the existence of other effects. Note that one embodiment of the present invention does not necessarily have all of these effects. It should be noted that the effects other than these are naturally obvious from the description of the specification, drawings, claims, etc., and it is possible to extract the other effects from the descriptions of the specification, drawings, claims, etc. It is.

装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of an apparatus. 装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of an apparatus. 装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of an apparatus. 装置の動作を示す図。The figure which shows operation | movement of an apparatus. 装置の動作を示す図。The figure which shows operation | movement of an apparatus. 装置の動作を示す図。The figure which shows operation | movement of an apparatus. 装置の動作を示す図。The figure which shows operation | movement of an apparatus. PLLの構成を示す図。The figure which shows the structure of PLL. 装置の平面構造を示す図。The figure which shows the planar structure of an apparatus. 装置の断面構造を示す図。The figure which shows the cross-section of an apparatus. トランジスタの構造を示す図。FIG. 6 illustrates a structure of a transistor. トランジスタの構造を示す図。FIG. 6 illustrates a structure of a transistor. 装置の断面構造を示す図。The figure which shows the cross-section of an apparatus. 装置の断面構造を示す図。The figure which shows the cross-section of an apparatus. 電子機器の図。Illustration of electronic equipment. 実施例に係る装置の写真。The photograph of the device concerning an example. 実施例に係る装置の平面構造を示す図。The figure which shows the planar structure of the apparatus which concerns on an Example. 装置の動作を説明するグラフ。The graph explaining operation | movement of an apparatus. 装置の動作を説明するグラフ。The graph explaining operation | movement of an apparatus. 装置の動作を説明するグラフ。The graph explaining operation | movement of an apparatus. 装置の動作を説明するグラフ。The graph explaining operation | movement of an apparatus. 装置の動作を説明するグラフ。The graph explaining operation | movement of an apparatus. 装置の動作を説明するグラフ。The graph explaining operation | movement of an apparatus. 装置の動作を説明するグラフ。The graph explaining operation | movement of an apparatus. 装置の動作を説明するグラフ。The graph explaining operation | movement of an apparatus.

以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it will be easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below.

本発明の一態様は、集積回路、RFタグ、半導体表示装置など、トランジスタを用いたあらゆる半導体装置を、その範疇に含む。なお、集積回路には、マイクロプロセッサ、画像処理回路、DSP(Digital Signal Processor)、マイクロコントローラを含むLSI(Large Scale Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)やCPLD(Complex PLD)などのプログラマブル論理回路(PLD:Programmable Logic Device)が、その範疇に含まれる。また、半導体表示装置には、液晶表示装置、有機発光素子(OLED)に代表される発光素子を各画素に備えた発光装置、電子ペーパー、DMD(Digital Micromirror Device)、PDP(Plasma Display Panel)、FED(Field Emission Display)など、半導体膜を用いた回路素子を駆動回路に有している半導体表示装置が、その範疇に含まれる。   One embodiment of the present invention includes, in its category, any semiconductor device including transistors, such as an integrated circuit, an RF tag, and a semiconductor display device. The integrated circuit includes a microprocessor, an image processing circuit, a DSP (Digital Signal Processor), an LSI (Large Scale Integrated Circuit) including a microcontroller, an FPGA (Field Programmable Gate Array), and a CPLD (Complex Programmable PLD). A circuit (PLD: Programmable Logic Device) is included in the category. In addition, the semiconductor display device includes a liquid crystal display device, a light emitting device including a light emitting element typified by an organic light emitting element (OLED) in each pixel, electronic paper, DMD (Digital Micromirror Device), PDP (Plasma Display Panel), A semiconductor display device having a circuit element using a semiconductor film, such as a field emission display (FED), in a driver circuit is included in its category.

本明細書において半導体表示装置とは、液晶素子や発光素子などの表示素子が各画素に形成されたパネルと、該パネルにコントローラを含むIC等を実装した状態にあるモジュールとを、その範疇に含む。   In this specification, a semiconductor display device includes, in its category, a panel in which display elements such as liquid crystal elements and light-emitting elements are formed in pixels, and a module in which an IC including a controller is mounted on the panel. Including.

例えば、本明細書等において、XとYとが接続されている、と明示的に記載する場合は、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場合と、XとYとが直接接続されている場合とを含むものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも含むものとする。   For example, in this specification and the like, when X and Y are explicitly described as being connected, when X and Y are electrically connected, X and Y are functionally connected. The case where they are connected and the case where X and Y are directly connected are included. Therefore, it is not limited to a predetermined connection relationship, for example, the connection relationship shown in the figure or text, and includes things other than the connection relation shown in the figure or text.

ここで、X、Yは、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。   Here, X and Y are assumed to be objects (for example, devices, elements, circuits, wirings, electrodes, terminals, conductive films, layers, etc.).

XとYとが電気的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイッチは、導通状態(オン状態)、または、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有している。または、スイッチは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有している。   As an example of the case where X and Y are electrically connected, an element (for example, a switch, a transistor, a capacitive element, an inductor, a resistance element, a diode, a display, etc.) that enables electrical connection between X and Y is shown. More than one element, light emitting element, load, etc.) can be connected between X and Y. Note that the switch has a function of controlling on / off. That is, the switch is in a conductive state (on state) or a non-conductive state (off state), and has a function of controlling whether or not to pass a current. Alternatively, the switch has a function of selecting and switching a path through which a current flows.

XとYとが機能的に接続されている場合の一例としては、XとYとの機能的な接続を可能とする回路(例えば、論理回路(インバータ、NAND回路、NOR回路など)、信号変換回路(DA変換回路、AD変換回路、ガンマ補正回路など)、電位レベル変換回路(電源回路(昇圧回路、降圧回路など)、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など)、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路(信号振幅または電流量などを大きく出来る回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など)、信号生成回路、記憶回路、制御回路など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、一例として、XとYとの間に別の回路を挟んでいても、Xから出力された信号がYへ伝達される場合は、XとYとは機能的に接続されているものとする。   As an example of the case where X and Y are functionally connected, a circuit (for example, a logic circuit (an inverter, a NAND circuit, a NOR circuit, etc.) that enables a functional connection between X and Y, signal conversion, etc. Circuit (DA conversion circuit, AD conversion circuit, gamma correction circuit, etc.), potential level conversion circuit (power supply circuit (boost circuit, step-down circuit, etc.), level shifter circuit that changes signal potential level, etc.), voltage source, current source, switching Circuit, amplifier circuit (circuit that can increase signal amplitude or current amount, operational amplifier, differential amplifier circuit, source follower circuit, buffer circuit, etc.), signal generation circuit, memory circuit, control circuit, etc.) One or more can be connected between them. As an example, even if another circuit is interposed between X and Y, if the signal output from X is transmitted to Y, X and Y are functionally connected. To do.

なお、XとYとが接続されている、と明示的に記載する場合は、XとYとが電気的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟んで接続されている場合)と、XとYとが機能的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の回路を挟んで機能的に接続されている場合)と、XとYとが直接接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟まずに接続されている場合)とを含むものとする。つまり、電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、単に、接続されている、とのみ明示的に記載されている場合と同じであるとする。   Note that in the case where X and Y are explicitly described as being connected, when X and Y are electrically connected (that is, another element or another element between X and Y) When the circuit is connected) and when X and Y are functionally connected (that is, when another circuit is interposed between X and Y) And a case where X and Y are directly connected (that is, a case where another element or another circuit is not connected between X and Y). That is, when it is explicitly described that it is electrically connected, it is the same as when it is explicitly only described that it is connected.

なお、例えば、トランジスタのソース(又は第1の端子など)が、Z1を介して(又は介さず)、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z2を介して(又は介さず)、Yと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソース(又は第1の端子など)が、Z1の一部と直接的に接続され、Z1の別の一部がXと直接的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z2の一部と直接的に接続され、Z2の別の一部がYと直接的に接続されている場合では、以下のように表現することが出来る。   Note that for example, the source (or the first terminal) of the transistor is electrically connected to X through (or not through) Z1, and the drain (or the second terminal or the like) of the transistor is connected to Z2. Through (or without), Y is electrically connected, or the source (or the first terminal, etc.) of the transistor is directly connected to a part of Z1, and another part of Z1 Is directly connected to X, and the drain (or second terminal, etc.) of the transistor is directly connected to a part of Z2, and another part of Z2 is directly connected to Y. Then, it can be expressed as follows.

例えば、「XとYとトランジスタのソース(又は第1の端子など)とドレイン(又は第2の端子など)とは、互いに電気的に接続されており、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yの順序で電気的に接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(又は第1の端子など)は、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)はYと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この順序で電気的に接続されている」と表現することができる。または、「Xは、トランジスタのソース(又は第1の端子など)とドレイン(又は第2の端子など)とを介して、Yと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジスタのソース(又は第1の端子など)と、ドレイン(又は第2の端子など)とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、X、Y、Z1、Z2は、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。   For example, “X and Y, and the source (or the first terminal or the like) and the drain (or the second terminal or the like) of the transistor are electrically connected to each other. The drain of the transistor (or the second terminal, etc.) and the Y are electrically connected in this order. ” Or “the source (or the first terminal or the like) of the transistor is electrically connected to X, the drain (or the second terminal or the like) of the transistor is electrically connected to Y, and X or the source ( Or the first terminal or the like, the drain of the transistor (or the second terminal, or the like) and Y are electrically connected in this order. Or “X is electrically connected to Y through the source (or the first terminal) and the drain (or the second terminal) of the transistor, and X is the source of the transistor (or the first terminal). Terminal, etc.), the drain of the transistor (or the second terminal, etc.), and Y are provided in this connection order. By using the same expression method as in these examples and defining the order of connection in the circuit configuration, the source (or the first terminal, etc.) and the drain (or the second terminal, etc.) of the transistor are separated. Apart from that, the technical scope can be determined. In addition, these expression methods are examples, and are not limited to these expression methods. Here, it is assumed that X, Y, Z1, and Z2 are objects (for example, devices, elements, circuits, wirings, electrodes, terminals, conductive films, layers, and the like).

なお、本明細書において、トランジスタのソースとは、活性層として機能する半導体膜の一部であるソース領域、或いは上記半導体膜に接続されたソース電極を意味する。同様に、トランジスタのドレインとは、上記半導体膜の一部であるドレイン領域、或いは上記半導体膜に接続されたドレイン電極を意味する。また、ゲートはゲート電極を意味する。   Note that in this specification, the source of a transistor means a source region that is part of a semiconductor film functioning as an active layer or a source electrode connected to the semiconductor film. Similarly, a drain of a transistor means a drain region that is part of the semiconductor film or a drain electrode connected to the semiconductor film. The gate means a gate electrode.

トランジスタが有するソースとドレインは、トランジスタの導電型及び各端子に与えられる電位の高低によって、その呼び方が入れ替わる。一般的に、nチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がソースと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がドレインと呼ばれる。また、pチャネル型トランジスタでは、低い電位が与えられる端子がドレインと呼ばれ、高い電位が与えられる端子がソースと呼ばれる。本明細書では、便宜上、ソースとドレインとが固定されているものと仮定して、トランジスタの接続関係を説明する場合があるが、実際には上記電位の関係に従ってソースとドレインの呼び方が入れ替わる。   The terms “source” and “drain” of a transistor interchange with each other depending on the conductivity type of the transistor and the level of potential applied to each terminal. In general, in an n-channel transistor, a terminal to which a low potential is applied is called a source, and a terminal to which a high potential is applied is called a drain. In a p-channel transistor, a terminal to which a low potential is applied is called a drain, and a terminal to which a high potential is applied is called a source. In this specification, for the sake of convenience, the connection relationship between transistors may be described on the assumption that the source and the drain are fixed. However, the names of the source and the drain are actually switched according to the above-described potential relationship. .

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様に係る装置について説明する。本発明の一態様に係る装置にトランジスタ等の半導体素子を用いる場合、本発明の一態様に係る装置を半導体装置と呼んでもよい。
(Embodiment 1)
In this embodiment, an apparatus according to one embodiment of the present invention is described. In the case where a semiconductor element such as a transistor is used for the device according to one embodiment of the present invention, the device according to one embodiment of the present invention may be referred to as a semiconductor device.

本発明の一態様に係る半導体装置の構成の一例を図1に示す。図1に例示する装置は、発振することにより、クロック信号等の交流信号を生成する機能を有し、発振器(発振回路ともいう)と呼んでもよい。特に、図1に例示する装置は、入力電圧に基づいて信号の周波数(発振周波数ともいう)を変更する機能を有し、電圧制御発振器(電圧制御発振回路ともいう)とも呼んでもよい。   FIG. 1 illustrates an example of a structure of a semiconductor device according to one embodiment of the present invention. The device illustrated in FIG. 1 has a function of generating an AC signal such as a clock signal by oscillating, and may be called an oscillator (also referred to as an oscillation circuit). In particular, the apparatus illustrated in FIG. 1 has a function of changing a signal frequency (also referred to as an oscillation frequency) based on an input voltage, and may be referred to as a voltage controlled oscillator (also referred to as a voltage controlled oscillation circuit).

図1に例示する装置は、回路101[1]乃至101[n](nは3以上の奇数)を有する。回路101[1]乃至101[n]は、リング状に接続される。具体的には、回路101[1]乃至[n−1]のそれぞれは、出力端子が次段の回路の入力端子と接続される。回路101[n]は、出力端子が回路101[1]の入力端子と接続される。また、回路101[n]の出力端子は、端子OUTと接続される。端子OUTからは、図1に例示する装置が発振することによって生成される信号が出力される。   The apparatus illustrated in FIG. 1 includes circuits 101 [1] to 101 [n] (n is an odd number of 3 or more). The circuits 101 [1] to 101 [n] are connected in a ring shape. Specifically, each of the circuits 101 [1] to [n-1] has an output terminal connected to an input terminal of a circuit at the next stage. The output terminal of the circuit 101 [n] is connected to the input terminal of the circuit 101 [1]. The output terminal of the circuit 101 [n] is connected to the terminal OUT. A signal generated when the device illustrated in FIG. 1 oscillates is output from the terminal OUT.

なお、図1に例示する装置が発振することによって生成される信号は、バッファ等を介して出力されてもよい。   Note that a signal generated when the apparatus illustrated in FIG. 1 oscillates may be output via a buffer or the like.

回路101[1]乃至[n]のそれぞれは、入力信号に対し反転した信号を出力する機能を有する。また、回路101[1]乃至101[n]のそれぞれは、複数のデータを格納する機能を有し、格納した複数のデータに基づいて遅延時間を設定する機能を有する。遅延時間とは、入力信号に対する出力信号の遅延時間である。回路101[1]乃至101[n]のそれぞれは、複数のデータを格納することができるため、遅延時間を切り替えることができる。   Each of the circuits 101 [1] to [n] has a function of outputting a signal that is inverted with respect to the input signal. Each of the circuits 101 [1] to 101 [n] has a function of storing a plurality of data, and has a function of setting a delay time based on the stored data. The delay time is a delay time of the output signal with respect to the input signal. Since each of the circuits 101 [1] to 101 [n] can store a plurality of data, the delay time can be switched.

図1に例示する装置は、回路101[1]乃至101[n]のそれぞれの遅延時間を切り替えることによって、発振周波数を変更することができる。   The apparatus illustrated in FIG. 1 can change the oscillation frequency by switching the delay times of the circuits 101 [1] to 101 [n].

回路101[1]乃至101[n]は、それぞれ対応して回路102[1]乃至102[n]及びインバータ103[1]乃至103[n]を有することが好ましい。回路102[i](iは1以上n−1以下の自然数)は、端子Aがインバータ103[i]の出力端子と電気的に接続され、回路102[i]の端子Bがインバータ103[i+1]の入力端子と電気的に接続される。回路102[n]は、端子Aがインバータ103[n]の出力端子と電気的に接続され、回路102[n]の端子Bがインバータ103[1]の入力端子および端子OUTに電気的に接続される。即ち、インバータ103[1]乃至103[n]がリング状に接続され、インバータリングを構成する。そして、インバータ103[1]乃至103[n]のそれぞれの間に回路102[1]乃至102[n]のうち対応する一つが接続される。なお、回路102[1]乃至102[n]について特に限定する必要のない場合、回路102と表記する場合がある。また、インバータ103[1]乃至103[n]について特に限定する必要のない場合、インバータ103と表記する場合がある。   The circuits 101 [1] to 101 [n] preferably include the circuits 102 [1] to 102 [n] and the inverters 103 [1] to 103 [n], respectively. In the circuit 102 [i] (i is a natural number of 1 to n−1), the terminal A is electrically connected to the output terminal of the inverter 103 [i], and the terminal B of the circuit 102 [i] is connected to the inverter 103 [i + 1]. ] Is electrically connected to the input terminal. In the circuit 102 [n], the terminal A is electrically connected to the output terminal of the inverter 103 [n], and the terminal B of the circuit 102 [n] is electrically connected to the input terminal of the inverter 103 [1] and the terminal OUT. Is done. That is, the inverters 103 [1] to 103 [n] are connected in a ring shape to form an inverter ring. A corresponding one of the circuits 102 [1] to 102 [n] is connected between the inverters 103 [1] to 103 [n]. Note that the circuit 102 [1] to 102 [n] may be referred to as the circuit 102 when there is no particular limitation. In addition, the inverters 103 [1] to 103 [n] may be referred to as the inverter 103 when there is no particular limitation.

回路102[1]乃至102[n]のそれぞれは、複数のデータを記憶する機能を有し、格納した複数のデータに基づいて端子Aと端子Bとの間の抵抗値を設定する機能を有する。回路102[1]乃至102[n]のそれぞれは、複数のデータを格納することができるため、端子Aと端子Bとの間の抵抗値を切り替えることができる。   Each of the circuits 102 [1] to 102 [n] has a function of storing a plurality of data and a function of setting a resistance value between the terminal A and the terminal B based on the stored plurality of data. . Since each of the circuits 102 [1] to 102 [n] can store a plurality of data, the resistance value between the terminal A and the terminal B can be switched.

インバータ103[1]乃至103[n]のそれぞれは、入力信号に対し反転した信号を出力する機能を有する。   Each of the inverters 103 [1] to 103 [n] has a function of outputting a signal that is inverted with respect to the input signal.

なお、インバータ103[1]乃至103[n]の代わりに、入力信号に対し反転した信号を出力する機能を有する回路を採用してもよい。そのような回路としては、NAND回路又はNOR回路などがある。   Note that a circuit having a function of outputting a signal inverted with respect to an input signal may be employed instead of the inverters 103 [1] to 103 [n]. Examples of such a circuit include a NAND circuit and a NOR circuit.

図1に例示する装置は、回路101[1]乃至101[n]のそれぞれにおいて、回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値を切り替えることにより、発振周波数を変更することができる。具体的には、回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値を切り替えると、インバータ103の出力端子にかかる負荷が変化する。よって、回路101[1]乃至101[n]のそれぞれにおいて遅延時間が変化するため、発振周波数も変化する。   The device illustrated in FIG. 1 can change the oscillation frequency by switching the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 in each of the circuits 101 [1] to 101 [n]. Specifically, when the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 is switched, the load applied to the output terminal of the inverter 103 changes. Accordingly, since the delay time changes in each of the circuits 101 [1] to 101 [n], the oscillation frequency also changes.

なお、図1に示す装置において、インバータ103[1]乃至103[n]のそれぞれの間に回路102[1]乃至102[n]のうち対応する一つが接続される構成としているが、本実施の形態に示す半導体装置は、これに限られるものではない。インバータ103[1]乃至103[n]のうち少なくとも2つの間に回路102が接続されていれば発振周波数を変化させることができる。   In the device shown in FIG. 1, a corresponding one of the circuits 102 [1] to 102 [n] is connected between the inverters 103 [1] to 103 [n]. However, the semiconductor device shown in this embodiment is not limited to this. If the circuit 102 is connected between at least two of the inverters 103 [1] to 103 [n], the oscillation frequency can be changed.

回路102[1]乃至102[n]はそれぞれ、回路104[1]乃至104[m](mは2以上の自然数)を有する。回路104[1]乃至104[m]において、端子C乃至Cが回路102の端子Aと電気的に接続され、端子D乃至Dが回路102の端子Bと電気的に接続される。また、回路104[1]乃至104[m]のそれぞれは、配線BL、配線CONTEXT[1]乃至CONTEXT[m]のうち対応する1本の配線、配線WL[1]乃至WL[m]のうち対応する1本の配線と電気的に接続される。配線WL[1]乃至WL[m]のうち対応する1本の配線とは、回路104[j](jは1乃至mのいずれか一)においては配線WL[j]である。また、配線CONTEXT[1]乃至CONTEXT[m]のうち対応する1本の配線とは、回路104[j]においては配線CONTEXT[j]である。また、端子C乃至Cについて特に限定する必要のない場合、端子Cと表記する場合がある。また、端子D乃至Dについて特に限定する必要のない場合、端子Dと表記する場合がある。 The circuits 102 [1] to 102 [n] include circuits 104 [1] to 104 [m] (m is a natural number of 2 or more), respectively. In the circuits 104 [1] to 104 [m], the terminals C 1 to C m are electrically connected to the terminal A of the circuit 102, and the terminals D 1 to D m are electrically connected to the terminal B of the circuit 102. . Each of the circuits 104 [1] to 104 [m] includes one of the wiring BL, the wiring CONTEXT [1] to CONTEXT [m], and the wiring WL [1] to WL [m]. It is electrically connected to one corresponding wiring. A corresponding one of the wirings WL [1] to WL [m] is the wiring WL [j] in the circuit 104 [j] (j is any one of 1 to m). Further, the corresponding one of the wirings CONTEXT [1] to CONTEXT [m] is the wiring CONTEXT [j] in the circuit 104 [j]. Further, the terminals C 1 to C m may be referred to as terminals C when there is no need to particularly limit them. Further, the terminals D 1 to D m may be referred to as terminals D when there is no need to particularly limit them.

なお、以下では、配線WL、配線CONTEXTが延伸される方向を行方向と呼び、回路104[1]乃至104[m]が配列されている方向を列方向と呼ぶ場合がある。   Hereinafter, a direction in which the wiring WL and the wiring CONTEXT are extended may be referred to as a row direction, and a direction in which the circuits 104 [1] to 104 [m] are arranged may be referred to as a column direction.

ここで、回路102の端子Aは同じ段のインバータ103の出力端子と電気的に接続され、回路102の端子Bは次の段のインバータ103の入力端子と電気的に接続されている。よって、本明細書等において、回路102の端子Aを同じ段のインバータ103の出力端子と置き換えて表現する場合がある。また、本明細書等において、回路102の端子Bを次の段のインバータ103の入力端子と置き換えて表現する場合がある。つまり、回路104[1]乃至104[m]において、端子C乃至Cは回路102の同じ段のインバータ103の出力端子と電気的に接続され、端子D乃至Dが次の段のインバータ103の入力端子と電気的に接続されている、ということができる。 Here, the terminal A of the circuit 102 is electrically connected to the output terminal of the inverter 103 in the same stage, and the terminal B of the circuit 102 is electrically connected to the input terminal of the inverter 103 in the next stage. Therefore, in this specification and the like, the terminal A of the circuit 102 may be replaced with the output terminal of the inverter 103 in the same stage. In this specification and the like, the terminal B of the circuit 102 may be replaced with the input terminal of the inverter 103 in the next stage. That is, in the circuit 104 [1] to 104 [m], the terminal C 1 to C m is the output terminal electrically connected to the inverter 103 of the same stage of the circuit 102, terminals D 1 to D m is the next stage It can be said that it is electrically connected to the input terminal of the inverter 103.

回路102の詳細な構成の一例として、回路102[i]の構成について図2を参照して説明する。   As an example of a detailed configuration of the circuit 102, a configuration of the circuit 102 [i] will be described with reference to FIG.

回路104[1]乃至104[m]のそれぞれは、トランジスタ105、トランジスタ106、トランジスタ107及び容量素子108を有する。以下では、回路104の例として回路104[j]の接続関係について説明する。なお、回路104[1]乃至104[j−1]、回路104[j+1]乃至104[m]の接続関係についても回路104[j]同様である。   Each of the circuits 104 [1] to 104 [m] includes a transistor 105, a transistor 106, a transistor 107, and a capacitor 108. Hereinafter, a connection relation of the circuit 104 [j] will be described as an example of the circuit 104. Note that the connection relationships between the circuits 104 [1] to 104 [j−1] and the circuits 104 [j + 1] to 104 [m] are the same as those of the circuit 104 [j].

回路104[j]において、トランジスタ105の第1の端子は配線BLと電気的に接続され、トランジスタ105の第2の端子はトランジスタ106のゲートと電気的に接続され、トランジスタ105のゲートは配線WL[j]と電気的に接続される。トランジスタ106の第1の端子は端子Cと電気的に接続される。トランジスタ107の第1の端子はトランジスタ106の第2の端子と電気的に接続され、トランジスタ107の第2の端子は端子Dと電気的に接続され、トランジスタ107のゲートは配線CONTEXT[j]と電気的に接続される。容量素子108の第1の端子はトランジスタ106のゲートと電気的に接続され、容量素子108の第2の端子は所定の電位が供給される配線と電気的に接続される。 In the circuit 104 [j], the first terminal of the transistor 105 is electrically connected to the wiring BL, the second terminal of the transistor 105 is electrically connected to the gate of the transistor 106, and the gate of the transistor 105 is connected to the wiring WL. [J] is electrically connected. The first terminal of the transistor 106 is electrically connected to the terminal Cj . The first terminal of the transistor 107 is electrically connected to the second terminal of the transistor 106, the second terminal of the transistor 107 is electrically connected to the terminal D j, and the gate of the transistor 107 is a wiring CONTEXT [j]. And electrically connected. A first terminal of the capacitor 108 is electrically connected to the gate of the transistor 106, and a second terminal of the capacitor 108 is electrically connected to a wiring to which a predetermined potential is supplied.

なお、トランジスタ106及びトランジスタ107は端子Cと端子Dとの間に直列に接続されていればよく、トランジスタ106及びトランジスタ107の位置は反対であってもよい。 Note that the transistors 106 and 107 need only be connected in series between the terminal C j and the terminal D j, and the positions of the transistors 106 and 107 may be opposite.

回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値は、回路104[1]乃至104[m]のそれぞれの端子Cと端子Dとの間の抵抗値の合成抵抗と概ね等しくなる。よって、回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値の切り替えは、回路104[1]乃至104[m]のそれぞれにおいて端子Cと端子Dとの間の抵抗値を制御することによって行うことができる。   The resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 is approximately equal to the combined resistance of the resistance values between the terminals C and D of the circuits 104 [1] to 104 [m]. Therefore, switching of the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 is performed by controlling the resistance value between the terminal C and the terminal D in each of the circuits 104 [1] to 104 [m]. be able to.

回路104[1]乃至104[m]のそれぞれは、ノードSNに電位を格納し、その電位に基づいてトランジスタ106の第1の端子と第2の端子(以下、ソースとドレインと記載する場合がある。)との間の抵抗値を設定する機能を有する。ノードSNへの電位の格納は、トランジスタ105をオンにすることにより、配線BLの電位をノードSNに入力するとともに、配線BLの電位に基づいた電荷を容量素子108に蓄積することによって行うことができる。また、回路104[1]乃至104[m]のそれぞれは、ノードSNにアナログ電位を格納することができる。よって、回路104[1]乃至104[m]のそれぞれにおいて、ノードSNに異なる電位を格納し、トランジスタ106の第1の端子と第2の端子との間の抵抗値を異ならせることができる。トランジスタ106がNチャネル型であれば、ノードSNの電位が高いほど、トランジスタ106の第1の端子と第2の端子との間の抵抗値が小さくなる。また、トランジスタ106がPチャネル型であれば、ノードSNの電位が低いほど、トランジスタ106の第1の端子と第2の端子との間の抵抗値が小さくなる。   Each of the circuits 104 [1] to 104 [m] stores a potential in the node SN and based on the potential, the first terminal and the second terminal of the transistor 106 (hereinafter, referred to as a source and a drain in some cases). There is a function to set a resistance value between The potential is stored in the node SN by turning on the transistor 105 to input the potential of the wiring BL to the node SN and accumulating charges based on the potential of the wiring BL in the capacitor 108. it can. In addition, each of the circuits 104 [1] to 104 [m] can store an analog potential in the node SN. Thus, in each of the circuits 104 [1] to 104 [m], different potentials can be stored in the node SN, and the resistance value between the first terminal and the second terminal of the transistor 106 can be made different. When the transistor 106 is an n-channel transistor, the resistance value between the first terminal and the second terminal of the transistor 106 decreases as the potential of the node SN increases. In addition, when the transistor 106 is a p-channel transistor, the resistance value between the first terminal and the second terminal of the transistor 106 decreases as the potential of the node SN decreases.

トランジスタ105としては、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタを採用することが好ましい。後述するとおり、チャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタはオフ電流が小さいため、容量素子108からの電荷の漏れを少なくすることができる。特に、アナログ電位に基づいた電荷を容量素子108に蓄積する場合、デジタル電位と比較して微量な電位の変化でもデータを変動させる恐れがある。このため、トランジスタ105としてチャネル形成領域に酸化物半導体を有するトランジスタを採用する効果がより顕著に表れる。   As the transistor 105, a transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region is preferably used. As described later, a transistor including an oxide semiconductor in a channel formation region has low off-state current, so that leakage of charge from the capacitor 108 can be reduced. In particular, in the case where charges based on an analog potential are accumulated in the capacitor 108, there is a fear that data may be changed even by a slight change in potential compared to a digital potential. Therefore, the effect of employing a transistor including an oxide semiconductor in the channel formation region as the transistor 105 is more remarkable.

なお、ノードSNに格納する電位は、トランジスタ106がオンになる電位であることが好ましい。よって、トランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値はトランジスタ106のオン抵抗と言い換えることもできる。   Note that the potential stored in the node SN is preferably a potential at which the transistor 106 is turned on. Thus, the resistance value between the source and the drain of the transistor 106 can also be referred to as the on-resistance of the transistor 106.

なお、トランジスタ106のゲート容量等のノードSNの寄生容量に配線BLの電位に基づいた電荷を蓄積することができれば、容量素子108を省略してもよい。   Note that the capacitor 108 may be omitted as long as charges based on the potential of the wiring BL can be accumulated in the parasitic capacitance of the node SN such as the gate capacitance of the transistor 106.

回路104[1]乃至104[m]のそれぞれは、端子Cと端子Dとの導通又は非導通を切り替える機能を有する。端子Cと端子Dとの間の導通又は非導通の切り替えは、トランジスタ107のオン又はオフを制御して行うことができる。回路104[1]乃至104[m]は、トランジスタ107がオンであれば、端子Cと端子Dとが導通するため、端子Cと端子Dとの間の抵抗値はトランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値に依存した値になる。具体的には、端子Cと端子Dとの間の抵抗値は、トランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値とトランジスタ107がオンであるときのソースとドレインとの間の抵抗値との和と概ね等しくなる。一方、トランジスタ107がオフであれば、端子Cと端子Dとは導通は非導通になるため、トランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値に係らず、端子Cと端子Dとはハイインピーダンスになる。   Each of the circuits 104 [1] to 104 [m] has a function of switching between conduction and non-conduction between the terminal C and the terminal D. Switching between conduction and non-conduction between the terminal C and the terminal D can be performed by controlling on or off of the transistor 107. In the circuits 104 [1] to 104 [m], when the transistor 107 is on, the terminal C and the terminal D are brought into conduction, so that the resistance value between the terminal C and the terminal D is the source and drain of the transistor 106. It becomes a value depending on the resistance value between. Specifically, the resistance value between the terminal C and the terminal D is the resistance value between the source and the drain of the transistor 106 and the resistance value between the source and the drain when the transistor 107 is on. It is almost equal to the sum. On the other hand, when the transistor 107 is off, the conduction between the terminal C and the terminal D is non-conduction, so that the terminal C and the terminal D have high impedance regardless of the resistance value between the source and the drain of the transistor 106. become.

つまり、回路104[1]乃至104[m]のそれぞれは、端子Cと端子Dとを非導通にするか、端子Cと端子Dとの間の抵抗値を格納したデータに基づいた値にするかを切り替える機能を有する。   That is, each of the circuits 104 [1] to 104 [m] makes the terminal C and the terminal D non-conductive, or sets the resistance value between the terminal C and the terminal D to a value based on the stored data. It has a function to switch between.

回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値の切り替えは様々な方法を用いることが可能である。   Various methods can be used for switching the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102.

回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値の切り替えは、回路104[1]乃至104[m]の中から端子Cと端子Dとを導通にする回路を1つ以上選択し、その数を制御することによって行うことができる。回路104[1]乃至104[m]のそれぞれに同じデータが格納されている場合、回路104[1]乃至104[m]のそれぞれにおいてトランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値は同じである。そこで、回路104[1]乃至104[m]のうち端子Cと端子Dとを導通にする回路の数を制御することにより、回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値を制御することができる。   The switching of the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 is performed by selecting one or more circuits that make the terminal C and the terminal D conductive from the circuits 104 [1] to 104 [m]. This can be done by controlling the number. When the same data is stored in each of the circuits 104 [1] to 104 [m], the resistance value between the source and the drain of the transistor 106 is the same in each of the circuits 104 [1] to 104 [m]. is there. Therefore, the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 is controlled by controlling the number of the circuits that make the terminal C and the terminal D conductive among the circuits 104 [1] to 104 [m]. be able to.

回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値の切り替えは、回路104[1]乃至104[m]の中から端子Cと端子Dとを導通にする回路を1つ選択し、その回路に格納されているデータに基づいて行うことができる。回路104[1]乃至104[m]のそれぞれに異なるデータが格納されている場合、回路104[1]乃至104[m]のそれぞれにおいてトランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値は異なる。そこで、回路104[1]乃至104[m]のうちどれを選択するかによって、回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値を制御することができる。   To switch the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102, one circuit that makes the terminal C and the terminal D conductive is selected from the circuits 104 [1] to 104 [m]. Can be performed based on the data stored in the. In the case where different data is stored in each of the circuits 104 [1] to 104 [m], the resistance value between the source and the drain of the transistor 106 is different in each of the circuits 104 [1] to 104 [m]. Therefore, the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 can be controlled depending on which of the circuits 104 [1] to 104 [m] is selected.

なお、上記2つ例を適宜組み合わせてもよい。即ち、回路104[1]乃至104[m]のうち少なくとも2以上に異なるデータを格納するとともに、回路104[1]乃至104[m]の中から端子Cと端子Dとを導通にする回路を1つ以上選択することによって、回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値を切り替えてもよい。   The above two examples may be appropriately combined. That is, a circuit that stores different data in at least two of the circuits 104 [1] to 104 [m] and makes the terminals C and D conductive from the circuits 104 [1] to 104 [m]. The resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 may be switched by selecting one or more.

ところで、発振周波数の精度向上の観点において、特定のデータに対応する発振周波数は概略等しいことが好ましい。具体的には、回路104[1]乃至104[m]のいずれか一に特定のデータを格納する場合、回路104[1]乃至104[m]のどれに当該データを格納したとしても、発振周波数は概略等しいことが好ましい。   By the way, in terms of improving the accuracy of the oscillation frequency, it is preferable that the oscillation frequencies corresponding to specific data are substantially equal. Specifically, in the case where specific data is stored in any one of the circuits 104 [1] to 104 [m], the oscillation occurs regardless of which of the circuits 104 [1] to 104 [m] stores the data. The frequencies are preferably approximately equal.

上記の通り、本実施の形態に示す半導体装置は、回路101[1]乃至101[n]のそれぞれの遅延時間を切り替えることによって、発振周波数を変更することができる。回路101[1]乃至101[n]のそれぞれの遅延時間は、回路102[1]乃至102[n]のそれぞれの端子Aと端子Bの間の抵抗値によって決定され、回路102の端子Aと端子Bの間の抵抗値は、回路104[1]乃至104[m]に格納されたデータによって制御される。   As described above, the semiconductor device described in this embodiment can change the oscillation frequency by switching the delay times of the circuits 101 [1] to 101 [n]. The delay times of the circuits 101 [1] to 101 [n] are determined by the resistance values between the terminals A and B of the circuits 102 [1] to 102 [n]. The resistance value between the terminals B is controlled by data stored in the circuits 104 [1] to 104 [m].

逆に言うと、回路104[1]乃至104[m]に格納されたデータが同じであっても、回路102の端子Aと端子Bの間の抵抗値が異なる場合、発振周波数が変化する恐れがある。   In other words, even if the data stored in the circuits 104 [1] to 104 [m] is the same, the oscillation frequency may change if the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 is different. There is.

例えば、回路104[1]にのみ特定のデータを格納する場合と、回路104[m]にのみ当該特定のデータと同じデータを格納する場合とについて考える。このとき、端子Aから端子Bまで回路104[1]を経由する配線経路と、回路104[m]を経由する配線経路とで配線経路の長さが異なると、配線経路の選択によって、端子Aと端子Bの間の配線抵抗が異なることになる。つまり、回路104[1]と回路104[m]で同じデータを格納しても、発振周波数が異なる恐れがある。   For example, a case where specific data is stored only in the circuit 104 [1] and a case where the same data as the specific data is stored only in the circuit 104 [m] are considered. At this time, if the wiring path from the terminal A to the terminal B via the circuit 104 [1] and the wiring path via the circuit 104 [m] have different lengths, the terminal A is selected depending on the selection of the wiring path. And the terminal B have different wiring resistances. That is, even if the same data is stored in the circuit 104 [1] and the circuit 104 [m], the oscillation frequency may be different.

そのため、本実施の形態に示す半導体装置では、回路102において、どの回路104を経由する配線経路を選択しても端子Aと端子Bの間の配線経路の長さが概略等しくなる構成とする。なお、本明細書等において、「Aの長さとBの長さが概略等しい」などと記載する場合、Aの長さとBの長さは完全に一致する必要はない。例えば、Aの長さとBの長さの差が、Aの長さまたはBの長さの20%以下、好ましくは10%以下、より好ましくは5%以下、の範囲ならば概略等しいとみなすことができる。   Therefore, in the semiconductor device described in this embodiment, the length of the wiring path between the terminal A and the terminal B is approximately equal in the circuit 102 regardless of which wiring path the circuit 104 is selected. Note that in this specification and the like, when it is described that “the length of A and the length of B are approximately equal” or the like, the length of A and the length of B do not have to completely match. For example, if the difference between the length of A and the length of B is in the range of 20% or less, preferably 10% or less, more preferably 5% or less of the length of A or B, it is considered to be approximately equal. Can do.

具体的には、図1に示すように回路102において、端子Aと端子Cの間の配線経路の長さ(a)と、端子Dと端子Bの間の配線経路の長さ(b)との和が、端子Aと端子Cの間の配線経路の長さ(a)と、端子Dと端子Bの間の配線経路の長さ(b)との和と等しく、また同様に端子Aと端子Cの間の配線経路の長さ(a)と、端子Dと端子Bの間の配線経路の長さ(b)との和と等しい。図1に図示してはいないが、端子Aと端子C乃至Cm−1の間の配線経路および端子D乃至Dm−1と端子Bの間の配線経路についても同様のことが言える。 Specifically, as shown in FIG. 1, in the circuit 102, the length of the wiring path (a 1 ) between the terminal A and the terminal C 1 and the length of the wiring path between the terminal D 1 and the terminal B ( b 1 ) is the sum of the length (a 2 ) of the wiring path between the terminal A and the terminal C 2 and the length (b 2 ) of the wiring path between the terminal D 2 and the terminal B Similarly, it is also equal to the sum of the length (a m ) of the wiring path between the terminal A and the terminal C m and the length (b m ) of the wiring path between the terminal D m and the terminal B. Although not shown in FIG. 1, the same applies to the wiring path between the terminal A and the terminals C 3 to C m−1 and the wiring path between the terminals D 3 to D m−1 and the terminal B. .

言い換えると、本実施の形態に示す半導体装置では、回路102において端子Aと端子C乃至Cの間に設けられた配線経路の長さと、端子D乃至Dと端子Bの間に設けられた配線経路の長さの関係は、
+b=a+b=……=a+bとなり、まとめると以下の式(1)で表される。
In other words, in the semiconductor device described in this embodiment, the length of the wiring path provided between the terminal A and the terminals C 1 to C m in the circuit 102 and between the terminals D 1 to D m and the terminal B are provided. The relationship between the lengths of the given wiring paths is
a 1 + b 1 = a 2 + b 2 =... = a m + b m These are represented by the following formula (1).

ここで、回路102および回路104[j](jは1乃至mのいずれか一)において、端子Aと端子Cの間の配線経路の長さをaとし、端子Dと端子Bの間の配線経路の長さをbとする。また、Lは任意の長さを表す。 Here, in the circuit 102 and the circuit 104 [j] (j is any one of 1 to m), the length of the wiring path between the terminal A and the terminal C j is a j , and the terminals D j and B Let b j be the length of the wiring path between them. L L represents an arbitrary length.

回路102において端子Aと端子C乃至Cの間に設けられた配線と、端子D乃至Dと端子Bの間に設けられた配線が式(1)の関係を満たすことによって、配線経路の選択によらず、端子Aと端子Bの間の配線抵抗を概略等しくすることができる。これにより、本実施の形態に示す半導体装置は、特定のデータに対応する発振周波数を概略等しくすることができるので、発振周波数の精度を向上させることができる。 By the wiring provided between terminals A and C 1 to C m, wiring provided between terminals D 1 to D m and the terminal B satisfy the relationship of formula (1) in the circuit 102, the wiring Regardless of the route selection, the wiring resistance between the terminal A and the terminal B can be made approximately equal. As a result, the semiconductor device described in this embodiment can substantially equalize the oscillation frequency corresponding to specific data, so that the accuracy of the oscillation frequency can be improved.

ところで、図1に示すように、本実施の形態に示す半導体装置においては、回路102[1]乃至102[n]およびインバータ103[1]乃至103[n]が分割して設けられている。すなわち、インバータ103[k](kは1以上n以下の奇数)は第1の領域113aに、回路102[1]乃至[n]は第2の領域112aに、インバータ103[k](kは2以上n−1以下の偶数)は第3の領域113bに設けられる。基板平面上において、第1の領域113aと第3の領域113bの間に、第2の領域112aが位置する。 By the way, as shown in FIG. 1, in the semiconductor device described in this embodiment, circuits 102 [1] to 102 [n] and inverters 103 [1] to 103 [n] are provided separately. That is, the inverter 103 [k 1 ] (k 1 is an odd number of 1 to n) is in the first region 113a, the circuits 102 [1] to [n] are in the second region 112a, and the inverter 103 [k 2 ]. (k 2 is 2 or more n-1 following an even number) is provided in the third area 113b. On the substrate plane, the second region 112a is located between the first region 113a and the third region 113b.

回路101[1]および回路101[2]に注目すると、回路101[1]のインバータ103[1]は、第1の領域113aに設けられ、回路101[1]の回路102[1]および回路101[2]の回路102[2]は、第2の領域112aに設けられ、回路101[2]のインバータ103[2]は、第3の領域113bに設けられる。   When attention is paid to the circuit 101 [1] and the circuit 101 [2], the inverter 103 [1] of the circuit 101 [1] is provided in the first region 113a, and the circuit 102 [1] and the circuit of the circuit 101 [1] are provided. The circuit 102 [2] of 101 [2] is provided in the second region 112a, and the inverter 103 [2] of the circuit 101 [2] is provided in the third region 113b.

このようにインバータ103[1]およびインバータ103[2]の間の領域に回路102[1]及び[2]が設けられているので、回路102[1]において端子Aは第1の領域113a側に、端子Bは第3の領域113b側に設けられ、回路102[2]において端子Aは第3の領域113b側に、端子Bは第1の領域113a側に設けられる。このとき、回路102[1]及び102[2]のそれぞれにおいて端子Aと端子C乃至Cの間に設けられた配線と、端子D乃至Dと端子Bの間に設けられた配線は、平面視すると、概略2回回転対称性を有する形状となる。これにより、端子Aと端子C乃至Cの間に設けられた配線のうちの一つの長さと、端子D乃至Dと端子Bの間に設けられた配線のうち対応する一つの長さと、の和が一定になるような関係になる。 As described above, since the circuits 102 [1] and [2] are provided in the region between the inverter 103 [1] and the inverter 103 [2], the terminal A in the circuit 102 [1] is on the first region 113a side. The terminal B is provided on the third region 113b side. In the circuit 102 [2], the terminal A is provided on the third region 113b side, and the terminal B is provided on the first region 113a side. At this time, the circuit 102 [1] and 102 [2] of the wiring provided between terminals A and C 1 to C m in each wiring provided between terminals D 1 to D m and the terminal B When viewed in a plan view, it has a shape having approximately two-fold rotational symmetry. Thus, the corresponding one of the length of the provided wires during one and the length of the wiring which is provided, the terminal D 1 to D m and the terminal B between the terminals A and C 1 to C m And the sum is constant.

このような位置関係で回路101、回路102およびインバータ103が設けられることにより、配線を余計に引き回すことなく、上記式(1)を満たすように、回路102の配線を設けることができる。よって、本実施の形態に示す半導体装置は、占有面積の増大を抑制しつつ、発振周波数の精度の向上を図ることができる。   By providing the circuit 101, the circuit 102, and the inverter 103 in such a positional relationship, the wiring of the circuit 102 can be provided so as to satisfy the above formula (1) without extra routing of the wiring. Therefore, the semiconductor device described in this embodiment can improve the accuracy of the oscillation frequency while suppressing an increase in the occupied area.

仮に第3の領域113bを設けず、インバータ103をすべて第1の領域113aに設ける場合、回路102において、端子Aと端子Bは両方とも第1の領域113a側に設けられることになる。この場合、回路102において端子Aと端子C乃至Cの間に設けられた配線経路の長さと、端子D乃至Dと端子Bの間に設けられた配線経路の長さの関係は、a+b<a+b<……<a+bとなる。よって、配線経路の選択によって、端子Aと端子Bの間の配線抵抗が変わってしまい、発振周波数の精度が下がってしまう。 If the third region 113b is not provided and all the inverters 103 are provided in the first region 113a, in the circuit 102, both the terminal A and the terminal B are provided on the first region 113a side. In this case, the relationship between the length of the wiring path provided between the terminal A and the terminals C 1 to C m in the circuit 102 and the length of the wiring path provided between the terminals D 1 to D m and the terminal B is , A 1 + b 1 <a 2 + b 2 <...... <a m + b m Therefore, the wiring resistance between the terminal A and the terminal B is changed by the selection of the wiring path, and the accuracy of the oscillation frequency is lowered.

また、図1で回路101[1]および回路101[2]で示すように、奇数段の回路101と偶数段の回路101を対にして設けることが好ましい。これにより、奇数段の回路102と偶数段の回路102の配線CONTEXTの延伸方向に平行な方向(行方向)の幅の分のスペース(回路102の2つ分の幅)を、それぞれ奇数段のインバータ103と偶数段のインバータ103に用いることができる。そのため、インバータ103を構成するトランジスタのチャネル幅を当該配線CONTEXTの延伸方向に平行な方向に長くすることが効果的である。   In addition, as shown by a circuit 101 [1] and a circuit 101 [2] in FIG. 1, it is preferable to provide an odd-numbered circuit 101 and an even-numbered circuit 101 in pairs. As a result, spaces corresponding to the width (the width of two circuits 102) in the direction parallel to the extending direction of the wiring CONTEXT of the odd-numbered circuit 102 and the even-numbered circuit 102 (the width corresponding to two of the circuits 102) are respectively converted into odd-numbered stages. It can be used for the inverter 103 and the even number of inverters 103. Therefore, it is effective to increase the channel width of the transistor included in the inverter 103 in a direction parallel to the extending direction of the wiring CONTEXT.

また、図1に示す構成において、回路101[1]乃至101[n]、回路102[1]乃至102[n]およびインバータ103[1]乃至103[n]を、第1の領域113a、第2の領域112aおよび第3の領域113bに分割して設けたが、本実施の形態に示す半導体装置はこれに限られるものではない。例えば、図3に示すように回路101[1]乃至101[n]、回路102[1]乃至102[n]およびインバータ103[1]乃至103[n]を、第1の領域113a、第2の領域112a、第3の領域113b、第4の領域112bおよび第5の領域113cに分割して設けてもよい。なお、図3において回路102の詳細な構成については、図1を参酌することができるので省略する。   In the structure illustrated in FIG. 1, the circuits 101 [1] to 101 [n], the circuits 102 [1] to 102 [n], and the inverters 103 [1] to 103 [n] are connected to the first region 113a and the first region 113a. Although divided into the second region 112a and the third region 113b, the semiconductor device described in this embodiment is not limited thereto. For example, as illustrated in FIG. 3, the circuits 101 [1] to 101 [n], the circuits 102 [1] to 102 [n], and the inverters 103 [1] to 103 [n] are connected to the first region 113a and the second region The first region 112a, the third region 113b, the fourth region 112b, and the fifth region 113c may be provided separately. Note that the detailed structure of the circuit 102 in FIG. 3 is omitted because FIG. 1 can be referred to.

ここで、インバータ103[k](kは1以上(n+1)/2以下の奇数)、およびインバータ103[k](kは(n+3)/2以上n−1以下の偶数)は第1の領域113aに設けられる。また、インバータ103[k](kは2以上(n−1)/2以下の偶数)は第3の領域113bに設けられる。また、インバータ103[k](kは(n+5)/2以上n以下の奇数)は第5の領域113cに設けられる。また、回路102[k](kは1以上(n+1)/2以下の自然数)は第2の領域112aに設けられる。また、回路102[k](kは(n+3)/2以上n以下の自然数)は第4の領域112bに設けられる。 Here, the inverter 103 [k 3 ] (k 3 is an odd number from 1 to (n + 1) / 2) and the inverter 103 [k 4 ] (k 4 is an even number from (n + 3) / 2 to n−1) Provided in the first region 113a. Further, the inverter 103 [k 5 ] (k 5 is an even number of 2 or more and (n−1) / 2 or less) is provided in the third region 113b. The inverter 103 [k 6 ] (k 6 is an odd number greater than or equal to (n + 5) / 2 and less than or equal to n) is provided in the fifth region 113c. Further, the circuit 102 [k 7 ] (k 7 is a natural number of 1 or more and (n + 1) / 2 or less) is provided in the second region 112a. Further, the circuit 102 [k 8 ] (k 8 is a natural number of (n + 3) / 2 to n) is provided in the fourth region 112b.

基板平面上において、第1の領域113aと第3の領域113bの間に、第2の領域112aが位置し、第1の領域113aと第5の領域113cの間に第4の領域112bが位置する。   On the substrate plane, the second region 112a is located between the first region 113a and the third region 113b, and the fourth region 112b is located between the first region 113a and the fifth region 113c. To do.

図1に示す構成と同様に、このような位置関係で回路101、回路102およびインバータ103が設けられることにより、配線を余計に引き回すことなく、上記式(1)を満たすように、回路102の配線を設けることができる。よって、図3に示す半導体装置は、占有面積の増大を抑制しつつ、発振周波数の精度の向上を図ることができる。   Similar to the configuration shown in FIG. 1, the circuit 101, the circuit 102, and the inverter 103 are provided in such a positional relationship, so that the above-described equation (1) can be satisfied without extra wiring. Wiring can be provided. Therefore, the semiconductor device shown in FIG. 3 can improve the accuracy of the oscillation frequency while suppressing an increase in the occupied area.

また、図1に示す構成と同様に、奇数段の回路101と偶数段の回路101を対にして設けることが好ましい。これにより、奇数段の回路102と偶数段の回路102の配線CONTEXTの延伸方向に平行な方向(行方向)の幅の分のスペースを、それぞれ奇数段のインバータ103と偶数段のインバータ103に用いることができる。そのため、インバータ103を構成するトランジスタのチャネル幅を当該配線CONTEXTの延伸方向に平行な方向に長くすることが効果的である。   Further, similarly to the structure illustrated in FIG. 1, it is preferable to provide the odd-numbered stage circuit 101 and the even-numbered stage circuit 101 in pairs. As a result, spaces corresponding to the width (in the row direction) parallel to the extending direction of the wiring CONTEXT of the odd-numbered circuit 102 and the even-numbered circuit 102 are used for the odd-numbered inverter 103 and the even-numbered inverter 103, respectively. be able to. Therefore, it is effective to increase the channel width of the transistor included in the inverter 103 in a direction parallel to the extending direction of the wiring CONTEXT.

なお、端子Aと端子Bとの間の抵抗値のうちトランジスタ106の抵抗値が占める割合が大きいほど、トランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値に対する発振周波数の変化量を大きくすることができる。よって、トランジスタ106のW(チャネル幅)は、トランジスタ107のWよりも小さいことが好ましい。または、トランジスタ106のWは、インバータ103又はインバータ103の代わりに採用可能な回路を構成するトランジスタのいずれか一又は全てのトランジスタのWよりも小さいことが好ましい。   Note that as the ratio of the resistance value of the transistor 106 to the resistance value between the terminal A and the terminal B increases, the amount of change in the oscillation frequency with respect to the resistance value between the source and the drain of the transistor 106 can be increased. it can. Therefore, W (channel width) of the transistor 106 is preferably smaller than W of the transistor 107. Alternatively, W of the transistor 106 is preferably smaller than W of any one or all of the transistors included in the inverter 103 or a circuit that can be used instead of the inverter 103.

なお、上述したとおり、インバータ103の代わりにNAND回路又はNOR回路などを採用してもよい。NAND回路又はNOR回路において、前記NAND回路又は前記NOR回路の出力端子がインバータ103の出力端子に対応し、前記NAND回路又は前記NOR回路の第1の入力端子がインバータ103の入力端子に対応する。つまり、NAND回路又はNOR回路の出力端子は回路102の端子Aと接続され、第1の入力端子は前段の回路102の端子Bと接続される。また、回路101[1]乃至101[n]のそれぞれにおいて、NAND回路又はNOR回路の第2の入力端子は同じ配線に接続されることが好ましい。そして、NAND回路又はNOR回路の第2の入力端子が接続される配線の電位を制御することにより、回路102の端子Aの電位を固定することができる。よって、トランジスタ106の第1の端子の電位を固定した状態でトランジスタ106のゲートに配線BLの電位を入力することができるため、トランジスタ106のゲートとソースとの間の電位差を正確に設定することができる。そのため、トランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値を正確に設定することができる。   Note that as described above, a NAND circuit or a NOR circuit may be employed instead of the inverter 103. In the NAND circuit or the NOR circuit, an output terminal of the NAND circuit or the NOR circuit corresponds to an output terminal of the inverter 103, and a first input terminal of the NAND circuit or the NOR circuit corresponds to an input terminal of the inverter 103. That is, the output terminal of the NAND circuit or the NOR circuit is connected to the terminal A of the circuit 102, and the first input terminal is connected to the terminal B of the circuit 102 in the previous stage. In each of the circuits 101 [1] to 101 [n], the second input terminal of the NAND circuit or the NOR circuit is preferably connected to the same wiring. Then, the potential of the terminal A of the circuit 102 can be fixed by controlling the potential of the wiring to which the second input terminal of the NAND circuit or the NOR circuit is connected. Therefore, since the potential of the wiring BL can be input to the gate of the transistor 106 with the potential of the first terminal of the transistor 106 fixed, the potential difference between the gate and the source of the transistor 106 can be accurately set. Can do. Therefore, the resistance value between the source and the drain of the transistor 106 can be set accurately.

以上のような構成とすることにより、本実施の形態に示す半導体装置は、新規の回路構成を提供することができる。または、本実施の形態に示す半導体装置は、発振周波数を切り替えること、又はそれを実現可能な回路構成を提供することができる。または、本実施の形態に示す半導体装置は、発振周波数の精度を向上させること、又はそれを実現可能な回路構成を提供することができる。   With the above structure, the semiconductor device described in this embodiment can provide a novel circuit structure. Alternatively, the semiconductor device described in this embodiment can switch an oscillation frequency or provide a circuit configuration capable of realizing it. Alternatively, the semiconductor device described in this embodiment can improve the accuracy of the oscillation frequency or provide a circuit configuration capable of realizing it.

次に、図1に例示する装置の動作の一例について図4のタイミングチャートを参照して説明する。図4には、配線BL、配線CONTEXT[1]乃至CONTEXT[m]、配線WL[1]乃至WL[m]、回路104[1]乃至104[m]のノードSNの電位、出力端子OUTの電位の一例を示す。   Next, an example of the operation of the apparatus illustrated in FIG. 1 will be described with reference to the timing chart of FIG. 4 illustrates the potential of the node SN of the wiring BL, the wirings CONTEXT [1] to CONTEXT [m], the wirings WL [1] to WL [m], the circuits 104 [1] to 104 [m], and the output terminal OUT. An example of a potential is shown.

なお、回路101[1]乃至101[n]の動作は同じであるため、回路101[1]乃至101[n]のいずれか一の動作のみを説明する。   Note that since the operations of the circuits 101 [1] to 101 [n] are the same, only one operation of the circuits 101 [1] to 101 [n] will be described.

まず、回路104[1]乃至104[m]のそれぞれにデータを格納し、そのデータに基づいてトランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値を設定する。   First, data is stored in each of the circuits 104 [1] to 104 [m], and a resistance value between the source and the drain of the transistor 106 is set based on the data.

時刻t0において、配線WL[1]をハイレベルにし、配線BLを電位V1にする。これにより、回路104[1]は次のように動作する。トランジスタ105がオンになるため、トランジスタ105を介して配線BLの電位V1がノードSNに入力されるとともに、電位V1に基づいた電荷が容量素子108に蓄積される。その後、配線WL[1]をローレベルにすることにより、トランジスタ105がオフになるため、容量素子108に蓄積された電荷によってノードSNが電位V1に維持される。こうして、電位V1に基づいたデータが回路104[1]に格納される。   At time t0, the wiring WL [1] is set high and the wiring BL is set to the potential V1. Accordingly, the circuit 104 [1] operates as follows. Since the transistor 105 is turned on, the potential V1 of the wiring BL is input to the node SN through the transistor 105, and electric charge based on the potential V1 is accumulated in the capacitor 108. After that, when the wiring WL [1] is set to a low level, the transistor 105 is turned off, so that the node SN is maintained at the potential V1 by the charge accumulated in the capacitor 108. Thus, data based on the potential V1 is stored in the circuit 104 [1].

時刻t1において、配線WL[2]をハイレベルにし、配線BLを電位V2にする。これにより、回路104[2]は次のように動作する。トランジスタ105がオンになるため、トランジスタ105を介して配線BLの電位V2がノードSNに入力されるとともに、電位V2に基づいた電荷が容量素子108に蓄積される。その後、配線WL[2]をローレベルにすることにより、トランジスタ105がオフになるため、容量素子108に蓄積された電荷によってノードSNが電位V2に維持される。こうして、電位V2に基づいたデータが回路104[2]に格納される。   At time t1, the wiring WL [2] is set high and the wiring BL is set to the potential V2. Accordingly, the circuit 104 [2] operates as follows. Since the transistor 105 is turned on, the potential V2 of the wiring BL is input to the node SN through the transistor 105, and electric charge based on the potential V2 is accumulated in the capacitor 108. After that, when the wiring WL [2] is set to a low level, the transistor 105 is turned off, so that the node SN is maintained at the potential V2 by the charge accumulated in the capacitor 108. Thus, data based on the potential V2 is stored in the circuit 104 [2].

時刻t2以降でも、配線WL[3]乃至WL[m−1]を順次ハイレベルにし、それに合わせて配線BLの電位を適宜設定することにより、回路104[3]乃至104[m−1]に配線BLの電位に基づいたデータが格納される。   Even after the time t2, the wirings WL [3] to WL [m-1] are sequentially set to a high level, and the potentials of the wirings BL are appropriately set in accordance therewith, whereby the circuits 104 [3] to 104 [m-1] are set. Data based on the potential of the wiring BL is stored.

時刻t3において、配線WL[m]をハイレベルにし、配線BLを電位Vmにする。これにより、回路104[m]は次のように動作する。トランジスタ105がオンになるため、トランジスタ105を介して配線BLの電位VmがノードSNに入力されるとともに、電位Vmに基づいた電荷が容量素子108に蓄積される。その後、配線WL[m]をローレベルにすることにより、トランジスタ105がオフになるため、容量素子108に蓄積された電荷によってノードSNが電位Vmに維持される。こうして、電位Vmに基づいたデータが回路104[m]に格納される。   At time t3, the wiring WL [m] is set high and the wiring BL is set to the potential Vm. As a result, the circuit 104 [m] operates as follows. Since the transistor 105 is turned on, the potential Vm of the wiring BL is input to the node SN through the transistor 105 and electric charge based on the potential Vm is accumulated in the capacitor 108. After that, when the wiring WL [m] is set to a low level, the transistor 105 is turned off, so that the node SN is maintained at the potential Vm by the charge accumulated in the capacitor 108. Thus, data based on the potential Vm is stored in the circuit 104 [m].

以上のとおり、配線WL[1]乃至配線[m]を順次ハイレベルにし、配線BLの電位を適宜設定することにより、回路104[1]乃至104[m]のそれぞれに配線BLの電位に基づいたデータを順次格納することができる。   As described above, the wirings WL [1] to [m] are sequentially set to a high level and the potential of the wiring BL is set as appropriate, so that the circuits 104 [1] to 104 [m] are based on the potential of the wiring BL. Data can be stored sequentially.

なお、時刻t0乃至t4において、配線CONTEXT[1]乃至CONTEXT[m]をハイレベルにしてもよいしローレベルにしてもよい。つまり、回路104[1]乃至104[m]のそれぞれにおいてトランジスタ107はオンでもよいしオフでもよい。図4には、時刻t0乃至t4において、配線CONTEXT[1]乃至CONTEXT[m]をローレベルにすることにより、回路104[1]乃至104[m]のそれぞれにおいてトランジスタ107をオフにしている場合を例示する。よって、回路104[1]乃至104[m]のそれぞれにおいて端子Cと端子Dとが非導通になるため、回路102の端子Aと端子Bとはハイインピーダンスになる。そのため、時刻t0乃至t4においては、図1に例示する装置は発振しない。また、回路104[1]乃至104[m]のそれぞれにおいて、トランジスタ107をオフにすることにより、端子Bが浮遊状態になる。そのため、端子Bの電位は徐々にグランド等の所定に電位になる。例えば、端子Bの電位がローレベルに相当する電位である場合には、次段のインバータ103の出力はハイレベル電位になる。つまり、端子Aの電位を固定することができる。よって、トランジスタ106の第1の端子の電位を固定した状態でトランジスタ106のゲートに配線BLの電位を入力することができるため、トランジスタ106のゲートとソースとの間の電位差を正確に設定することができる。そのため、トランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値を正確に設定することができる。   Note that at the times t0 to t4, the wirings CONTEXT [1] to CONTEXT [m] may be set to a high level or a low level. That is, in each of the circuits 104 [1] to 104 [m], the transistor 107 may be on or off. FIG. 4 illustrates the case where the transistors 107 are turned off in each of the circuits 104 [1] to 104 [m] by setting the wirings CONTEXT [1] to CONTEXT [m] to a low level at time t0 to t4. Is illustrated. Accordingly, since the terminals C and D are non-conductive in each of the circuits 104 [1] to 104 [m], the terminals A and B of the circuit 102 have high impedance. Therefore, the apparatus illustrated in FIG. 1 does not oscillate from time t0 to t4. In each of the circuits 104 [1] to 104 [m], the transistor B is turned off, so that the terminal B is brought into a floating state. Therefore, the potential of the terminal B gradually becomes a predetermined potential such as ground. For example, when the potential at the terminal B is a potential corresponding to a low level, the output of the inverter 103 at the next stage is a high level potential. That is, the potential of the terminal A can be fixed. Therefore, since the potential of the wiring BL can be input to the gate of the transistor 106 with the potential of the first terminal of the transistor 106 fixed, the potential difference between the gate and the source of the transistor 106 can be accurately set. Can do. Therefore, the resistance value between the source and the drain of the transistor 106 can be set accurately.

なお、図4には、電位V1乃至Vmが同じ値である場合を例示する。ただし、これに限定されない。   FIG. 4 illustrates the case where the potentials V1 to Vm have the same value. However, it is not limited to this.

なお、回路104[j]に格納される配線BLの電位を電位Vjと示す。   Note that the potential of the wiring BL stored in the circuit 104 [j] is denoted as a potential Vj.

なお、図4には、配線WL[1]乃至WL[m]を順次ハイレベルにする場合を例示したが、この動作に限定されない。配線WL[1]乃至WL[m]を任意の順番でハイレベルにしてもよい。配線WL[1]乃至WL[m]のうち2つ以上の配線を同時にハイレベルにしてもよい。配線WL[1]乃至WL[m]にハイレベルにしない配線があってもよい。また、前述した事項を組み合わせてもよい。   Note that FIG. 4 illustrates the case where the wirings WL [1] to WL [m] are sequentially set to a high level, but the present invention is not limited to this operation. The wirings WL [1] to WL [m] may be set to the high level in any order. Two or more of the wirings WL [1] to WL [m] may be simultaneously set to the high level. The wirings WL [1] to WL [m] may include wirings that are not set to a high level. Moreover, you may combine the matter mentioned above.

なお、図4には、配線WL[1]乃至WL[m]をハイレベルにすることによって、トランジスタ105がオンになる場合を例示しているが、その動作はこれに限定されない。配線WL[1]乃至WL[m]をローレベルにすることによって、トランジスタ105がオンになってもよい。トランジスタ105がオンになる配線WL[1]乃至WL[m]の電位をアクティブと呼び、トランジスタ105がオフにする配線WL[1]乃至WL[m]の電位を非アクティブ(インアクティブともいう)と呼んでもよい。同様に、トランジスタ107がオンになる配線CONTEXT[1]乃至CONTEXT[m]の電位をアクティブと呼び、トランジスタ107がオフにする配線CONTEXT[1]乃至CONTEXT[m]の電位を非アクティブと呼んでもよい。   Note that FIG. 4 illustrates the case where the transistor 105 is turned on by setting the wirings WL [1] to WL [m] to a high level; however, the operation is not limited thereto. The transistor 105 may be turned on by setting the wirings WL [1] to WL [m] to a low level. The potentials of the wirings WL [1] to WL [m] where the transistor 105 is turned on are referred to as active, and the potentials of the wirings WL [1] to WL [m] where the transistor 105 is turned off are inactive (also referred to as inactive). You may call it. Similarly, the potentials of the wirings CONTEXT [1] to CONTEXT [m] in which the transistor 107 is turned on are referred to as active, and the potentials of the wirings CONTEXT [1] to CONTEXT [m] in which the transistor 107 is turned off are referred to as inactive. Good.

次に、回路104[1]乃至104[m]のそれぞれにおいて、端子Cと端子Dとの導通又は非導通を制御することによって、回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値を切り替える。そして、回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値に基づいて端子OUTの信号の周波数を変更する。   Next, in each of the circuits 104 [1] to 104 [m], the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 is switched by controlling conduction or non-conduction between the terminal C and the terminal D. . Then, the frequency of the signal at the terminal OUT is changed based on the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102.

時刻t4において、配線CONTEXT[1]をハイレベルにするとともに、配線CONTEXT[2]乃至CONTEXT[m]をローレベルにする。これにより、回路104[1]においては、トランジスタ107がオンになるため、端子Cと端子Dとの間の抵抗値はトランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値に基づいた値になる。つまり、回路104[1]の端子Cと端子Dとの間の抵抗値は格納されたデータに基づいた値になる。また、回路104[2]乃至104[m]のそれぞれにおいては、トランジスタ107がオフになるため、端子Cと端子Dとが非導通になる。よって、端子OUTの信号の周波数は、回路104[1]に格納されたデータに基づいて決定される。   At time t4, the wiring CONTEXT [1] is set to a high level, and the wirings CONTEXT [2] to CONTEXT [m] are set to a low level. Accordingly, in the circuit 104 [1], the transistor 107 is turned on, so that the resistance value between the terminal C and the terminal D becomes a value based on the resistance value between the source and the drain of the transistor 106. That is, the resistance value between the terminal C and the terminal D of the circuit 104 [1] is a value based on the stored data. In each of the circuits 104 [2] to 104 [m], the transistor 107 is turned off, so that the terminal C and the terminal D are brought out of conduction. Therefore, the frequency of the signal at the terminal OUT is determined based on data stored in the circuit 104 [1].

時刻t5において、配線CONTEXT[1]乃至CONTEXT[2]をハイレベルにするとともに、配線CONTEXT[3]乃至[m]をローレベルにする。これにより、回路104[1]乃至104[2]のそれぞれにおいては、トランジスタ107がオンになるため、端子Cと端子Dとの間の抵抗値はトランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値に基づいた値になる。つまり、回路104[1]乃至104[2]の端子Cと端子Dとの間の抵抗値は格納されたデータに基づいた値になる。また、回路104[3]乃至[m]のそれぞれのトランジスタ107がオフになるため、端子Cと端子Dとが非導通になる。よって、端子OUTの信号の周波数は、回路104[1]乃至104[2]に格納されたデータに基づいて決定される。   At time t5, the wirings CONTEXT [1] to CONTEXT [2] are set to high level, and the wirings CONTEXT [3] to [m] are set to low level. Accordingly, in each of the circuits 104 [1] to 104 [2], the transistor 107 is turned on, so that the resistance value between the terminal C and the terminal D is the resistance value between the source and the drain of the transistor 106. The value is based on. That is, the resistance value between the terminal C and the terminal D of the circuits 104 [1] to 104 [2] is a value based on the stored data. Further, since the transistors 107 in the circuits 104 [3] to [m] are turned off, the terminal C and the terminal D are brought out of conduction. Thus, the frequency of the signal at the terminal OUT is determined based on data stored in the circuits 104 [1] to 104 [2].

時刻t5においては回路104[1]乃至104[m]のうち2つの回路において端子Cと端子Dとが導通するのに対し、時刻t4においては回路104[1]乃至104[m]のうち1つの回路において端子Cと端子Dとが導通する。よって、時刻t5において設定される回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値は時刻t4において設定される回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値よりも小さくなるため、時刻t5において決定される端子OUTの信号の周波数は時刻t4において決定される端子OUTの信号の周波数よりも高くなる。   At time t5, terminals C and D are electrically connected in two of the circuits 104 [1] to 104 [m], whereas at time t4, one of the circuits 104 [1] to 104 [m] is 1 In one circuit, terminal C and terminal D are conducted. Therefore, the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 set at the time t5 is smaller than the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 set at the time t4. The frequency of the signal at the terminal OUT determined at t5 is higher than the frequency of the signal at the terminal OUT determined at time t4.

時刻t6において、配線CONTEXT[1]乃至CONTEXT[m]をハイレベルにする。これにより、回路104[1]乃至[m]において、各々のトランジスタ107がオンになるため、端子Cと端子Dとの間の抵抗値はトランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値に基づいた値になる。つまり、回路104[1]乃至104[m]の各々の端子Cと端子Dとの間の抵抗値は格納されたデータに基づいた値になる。よって、端子OUTの信号の周波数は、回路104[1]乃至104[m]に格納されたデータに基づいて決定される。   At time t6, the wirings CONTEXT [1] to CONTEXT [m] are set to a high level. Accordingly, in the circuits 104 [1] to [m], each transistor 107 is turned on, and thus the resistance value between the terminal C and the terminal D is based on the resistance value between the source and the drain of the transistor 106. Value. That is, the resistance value between each of the terminals C and D of the circuits 104 [1] to 104 [m] is a value based on the stored data. Thus, the frequency of the signal at the terminal OUT is determined based on data stored in the circuits 104 [1] to 104 [m].

時刻t6においては回路104[1]乃至104[m]のうちm個の回路において端子Cと端子Dとが導通するのに対し、時刻t4においては回路104[1]乃至104[m]のうち1つの回路において端子Cと端子Dとが導通し、時刻t5においては回路104[1]乃至[m]のうち2つの回路において端子Cと端子Dとが導通する。よって、時刻t6において設定される回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値は時刻t4及び時刻t5において設定される回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値よりも小さくなるため、時刻t6において決定される端子OUTの信号の周波数は時刻t4及び時刻t5において決定される端子OUTの信号の周波数よりも高くなる。   At time t6, the terminals C and D are electrically connected in the m circuits among the circuits 104 [1] to 104 [m], whereas at the time t4, the terminals C and 104D are connected. In one circuit, the terminal C and the terminal D are brought into conduction, and at time t5, the terminal C and the terminal D are conducted in two circuits out of the circuits 104 [1] to [m]. Therefore, the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 set at the time t6 is smaller than the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 set at the time t4 and the time t5. Therefore, the frequency of the signal at the terminal OUT determined at time t6 is higher than the frequency of the signal at the terminal OUT determined at time t4 and time t5.

以上のとおり、回路104[1]乃至104[m]のうち端子Cと端子Dとが導通する回路の数に基づいて、端子OUTの信号の周波数を変更することができる。   As described above, the frequency of the signal at the terminal OUT can be changed based on the number of circuits in which the terminal C and the terminal D are electrically connected among the circuits 104 [1] to 104 [m].

なお、図4では、配線BLの電位V1乃至Vmが同じ値である場合、即ち回路104[1]乃至[m]のそれぞれに同じデータを格納する場合を例示しているが、その動作はこれに限定されない。例えば、配線BLの電位V1乃至Vmは互いに異なる値でもよい。即ち、回路104[1]乃至104[m]のそれぞれに異なるデータを格納してもよい。または、配線BLの電位V1乃至Vmのうち少なくとも2つを異なる値としてもよい。即ち、回路104[1]乃至104[m]のうち少なくとも2つに異なるデータを格納してもよい。   Note that FIG. 4 illustrates the case where the potentials V1 to Vm of the wiring BL have the same value, that is, the case where the same data is stored in each of the circuits 104 [1] to [m]. It is not limited to. For example, the potentials V1 to Vm of the wiring BL may be different from each other. That is, different data may be stored in each of the circuits 104 [1] to 104 [m]. Alternatively, at least two of the potentials V1 to Vm of the wiring BL may have different values. That is, different data may be stored in at least two of the circuits 104 [1] to 104 [m].

図5は、配線WL[1]乃至WL[m]がハイレベルになる毎に、配線BLの電位が高くなる場合を例示する。電位V1乃至Vmは、電位V2が電位V1よりも高く、電位Vmが電位Vm−1よりも高いといったように、電位Vjが電位Vj−1よりも高く且つ電位Vj+1よりも低いといった関係にある。   FIG. 5 illustrates the case where the potential of the wiring BL is increased each time the wirings WL [1] to WL [m] are at a high level. The potentials V1 to Vm have such a relationship that the potential Vj is higher than the potential Vj-1 and lower than the potential Vj + 1, such that the potential V2 is higher than the potential V1 and the potential Vm is higher than the potential Vm-1.

図5では、時刻t4において配線CONTEXT[1]をハイレベルにし、時刻t5において配線CONTEXT[2]をハイレベルにし、時刻t6において配線CONTEXT[m]をハイレベルにする場合を例示する。即ち、端子OUTの信号の周波数は、時刻t4においては回路104[1]に格納されたデータに基づいて決定され、時刻t5においては回路104[2]に格納されたデータに基づいて決定され、時刻t6においては回路104[m]に格納されたデータに基づいて決定される。   FIG. 5 illustrates a case where the wiring CONTEXT [1] is set to a high level at time t4, the wiring CONTEXT [2] is set to a high level at time t5, and the wiring CONTEXT [m] is set to a high level at time t6. That is, the frequency of the signal at the terminal OUT is determined based on the data stored in the circuit 104 [1] at time t4, and determined based on the data stored in the circuit 104 [2] at time t5. At time t6, the determination is made based on the data stored in the circuit 104 [m].

電位V2は電位V1よりも高いため、回路104[2]のトランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値は回路104[1]のトランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値よりも小さくなる。よって、時刻t5において設定される回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値は時刻t4において設定される回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値よりも小さくなるため、時刻t5において決定される端子OUTの信号の周波数は時刻t4において決定される端子OUTの信号の周波数よりも高くなる。   Since the potential V2 is higher than the potential V1, the resistance value between the source and the drain of the transistor 106 in the circuit 104 [2] is smaller than the resistance value between the source and the drain of the transistor 106 in the circuit 104 [1]. Become. Therefore, the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 set at the time t5 is smaller than the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 set at the time t4. The frequency of the signal at the terminal OUT determined at t5 is higher than the frequency of the signal at the terminal OUT determined at time t4.

電位Vmは電位V1及び電位V2よりも高いため、回路104[m]のトランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値は回路104[1]及び回路104[2]のトランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値よりも小さくなる。よって、時刻t6において設定される回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値は時刻t4及び時刻t5において設定される回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値よりも小さくなるため、時刻t6において決定される端子OUTの信号の周波数は時刻t4及びt5において決定される端子OUTの信号の周波数よりも高くなる。   Since the potential Vm is higher than the potential V1 and the potential V2, the resistance value between the source and the drain of the transistor 106 in the circuit 104 [m] is the source and the drain of the transistor 106 in the circuit 104 [1] and the circuit 104 [2]. It becomes smaller than the resistance value between. Therefore, the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 set at the time t6 is smaller than the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 set at the time t4 and the time t5. Therefore, the frequency of the signal at the terminal OUT determined at time t6 is higher than the frequency of the signal at the terminal OUT determined at times t4 and t5.

以上のとおり、回路104[1]乃至104[m]のうち端子Cと端子Dとが導通する回路に格納されているデータに基づいて、端子OUTの信号の周波数を変更することができる。   As described above, the frequency of the signal of the terminal OUT can be changed based on data stored in a circuit in which the terminal C and the terminal D are electrically connected among the circuits 104 [1] to 104 [m].

図6は、電位V1乃至Vm−1を同じ値とし、電位Vmを電位V1乃至Vm−1よりも低くした場合を例示する。   FIG. 6 illustrates the case where the potentials V1 to Vm-1 are the same value and the potential Vm is lower than the potentials V1 to Vm-1.

図6では、時刻t4において配線CONTEXT[m]をハイレベルにし、時刻t5において配線CONTEXT[1]をハイレベルにし、時刻t6において配線CONTEXT[1]乃至CONTEXT[2]をハイレベルにする場合を例示する。即ち、端子OUTの信号の周波数は、時刻t4においては回路104[m]に格納されたデータに基づいて決定され、時刻t5においては回路104[1]に格納されたデータに基づいて決定され、時刻t6においては回路104[1]乃至104[2]に格納されたデータに基づいて決定される。   In FIG. 6, the wiring CONTEXT [m] is set to a high level at time t4, the wiring CONTEXT [1] is set to a high level at time t5, and the wirings CONTEXT [1] to CONTEXT [2] are set to a high level at time t6. Illustrate. That is, the frequency of the signal at the terminal OUT is determined based on the data stored in the circuit 104 [m] at time t4, and determined based on the data stored in the circuit 104 [1] at time t5. At time t6, it is determined based on data stored in the circuits 104 [1] to 104 [2].

電位V1は電位Vmよりも高いため、回路104[1]のトランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値は回路104[m]のトランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値よりも小さくなる。よって、時刻t5において設定される回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値は時刻t4において設定される回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値よりも小さくなるため、時刻t5において決定される端子OUTの信号の周波数は時刻t4において決定される端子OUTの信号の周波数よりも高くなる。   Since the potential V1 is higher than the potential Vm, the resistance value between the source and the drain of the transistor 106 in the circuit 104 [1] is smaller than the resistance value between the source and the drain of the transistor 106 in the circuit 104 [m]. Become. Therefore, the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 set at the time t5 is smaller than the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 set at the time t4. The frequency of the signal at the terminal OUT determined at t5 is higher than the frequency of the signal at the terminal OUT determined at time t4.

時刻t6においては回路104[1]乃至104[2]の端子Cと端子Dとが導通するのに対し、時刻t5においては回路104[1]端子Cと端子Dとが導通する。よって、時刻t6において設定される回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値は時刻t5において設定される回路102の端子Aと端子Bとの間の抵抗値よりも小さくなるため、時刻t6において決定される端子OUTの信号の周波数は時刻t5において決定される端子OUTの信号の周波数よりも高くなる。   At time t6, the terminals C and D of the circuits 104 [1] to 104 [2] are electrically connected, whereas at time t5, the circuit 104 [1] terminal C and the terminal D are electrically connected. Therefore, the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 set at the time t6 is smaller than the resistance value between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 set at the time t5. The frequency of the signal at the terminal OUT determined at t6 is higher than the frequency of the signal at the terminal OUT determined at time t5.

以上のように、図4及び図5に例示する動作を組み合わせてもよい。   As described above, the operations illustrated in FIGS. 4 and 5 may be combined.

次に、端子OUTの信号の周波数を正確に設定するための回路104[1]乃至104[m]のそれぞれへのデータの格納方法について図7を参照して説明する。   Next, a method of storing data in each of the circuits 104 [1] to 104 [m] for accurately setting the frequency of the signal at the terminal OUT will be described with reference to FIG.

なお、便宜上、mが2である場合について説明する。つまり、回路102は、回路104[1]及び回路104[2]を有する。   For convenience, the case where m is 2 will be described. That is, the circuit 102 includes a circuit 104 [1] and a circuit 104 [2].

なお、初期状態として、回路104[1]及び回路104[2]にデータは格納されていないものとする。つまり、回路104[1]及び回路104[2]のそれぞれにおいて、ノードSNの電位はトランジスタ106がオフになる電位であるものとする。   Note that as an initial state, data is not stored in the circuit 104 [1] and the circuit 104 [2]. That is, in each of the circuits 104 [1] and 104 [2], the potential of the node SN is a potential at which the transistor 106 is turned off.

時刻t0において、配線CONTEXT[1]をハイレベルにする。これにより、回路104[1]において、トランジスタ107がオンになる。ただし、トランジスタ106がオフであるため、端子Cと端子Dが非導通になる。よって、図1に例示する装置は発振しない。   At time t0, the wiring CONTEXT [1] is set to a high level. Accordingly, the transistor 107 is turned on in the circuit 104 [1]. However, since the transistor 106 is off, the terminal C and the terminal D are brought out of conduction. Therefore, the device illustrated in FIG. 1 does not oscillate.

時刻t1において、配線WL[1]をハイレベルにし、配線BLを電位V1にする。これにより、回路104[1]において、トランジスタ105がオンになるため、トランジスタ105を介して配線BLの電位V1がノードSNに入力されるとともに、電位V1に基づいた電荷が容量素子108に蓄積される。そして、トランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値は電位V1に基づいた値になる。また、回路104[1]において、トランジスタ107がオンであるため、図1に例示する装置が発振し、端子OUTの信号の周波数がf(V1)になる。   At time t1, the wiring WL [1] is set high and the wiring BL is set to the potential V1. Accordingly, in the circuit 104 [1], the transistor 105 is turned on, so that the potential V1 of the wiring BL is input to the node SN through the transistor 105, and charges based on the potential V1 are accumulated in the capacitor 108. The The resistance value between the source and drain of the transistor 106 is a value based on the potential V1. In the circuit 104 [1], since the transistor 107 is on, the device illustrated in FIG. 1 oscillates and the frequency of the signal at the terminal OUT becomes f (V1).

時刻t2において、配線CONTEXT[1]をローレベルにする。これにより、回路104[1]において、トランジスタ107がオフになる。よって、図1に例示する装置が発振しなくなる。   At time t2, the wiring CONTEXT [1] is set to a low level. Accordingly, in the circuit 104 [1], the transistor 107 is turned off. Therefore, the apparatus illustrated in FIG. 1 does not oscillate.

時刻t3において、配線CONTEXT[2]をハイレベルにする。これにより、回路104[2]において、トランジスタ107がオンになる。ただし、トランジスタ106がオフであるため、端子Cと端子Dとが非導通になる。よって、図1に例示する装置は発振しない。   At a time t3, the wiring CONTEXT [2] is set to a high level. Accordingly, in the circuit 104 [2], the transistor 107 is turned on. However, since the transistor 106 is off, the terminal C and the terminal D are brought out of conduction. Therefore, the device illustrated in FIG. 1 does not oscillate.

時刻t4において、配線WL[2]をハイレベルにし、配線BLを電位V2にする。これにより、回路104[2]において、トランジスタ105がオンになるため、トランジスタ105を介して配線BLの電位V2がノードSNに入力されるとともに、電位V2に基づいた電荷が容量素子108に蓄積される。そして、トランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値は電位V2に基づいた値になる。また、回路104[2]において、トランジスタ107がオンであるため、図1に例示する装置が発振し、端子OUTの信号の周波数がf(V2)になる。   At time t4, the wiring WL [2] is set high and the wiring BL is set to the potential V2. Accordingly, in the circuit 104 [2], the transistor 105 is turned on, so that the potential V2 of the wiring BL is input to the node SN through the transistor 105, and charges based on the potential V2 are accumulated in the capacitor 108. The The resistance value between the source and the drain of the transistor 106 is a value based on the potential V2. In the circuit 104 [2], since the transistor 107 is on, the device illustrated in FIG. 1 oscillates and the frequency of the signal at the terminal OUT becomes f (V2).

時刻t5において、配線CONTEXT[2]をローレベルにする。これにより、回路104[2]において、トランジスタ107がオフになる。よって、図1に例示する装置が発振しなくなる。   At time t5, the wiring CONTEXT [2] is set to a low level. Accordingly, the transistor 107 is turned off in the circuit 104 [2]. Therefore, the apparatus illustrated in FIG. 1 does not oscillate.

時刻t6において、配線CONTEXT[1]をハイレベルにする。これにより、回路104[1]において、トランジスタ107がオンになる。よって、図1に例示する装置が発振する。ただし、時刻t6では回路104[2]においてトランジスタ106がオンであるため、時刻t1時点と比較して、回路102の端子Aと端子Bとの間の負荷が増加している。そのため、時刻t6における端子OUTの信号の周波数は、時刻t1における端子OUTの信号の周波数がf(V1)よりも低くなる。   At a time t6, the wiring CONTEXT [1] is set to a high level. Accordingly, the transistor 107 is turned on in the circuit 104 [1]. Therefore, the apparatus illustrated in FIG. 1 oscillates. However, since the transistor 106 is on in the circuit 104 [2] at the time t6, the load between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 is increased as compared with the time t1. Therefore, the frequency of the signal at the terminal OUT at time t6 is lower than the frequency f (V1) of the signal at the terminal OUT at time t1.

時刻t7において、配線WL[1]をハイレベルにし、配線BLを電位V1’にする。これにより、回路104[1]において、トランジスタ105がオンになるため、トランジスタ105を介して配線BLの電位V1’がノードSNに入力されるとともに、電位V1’に基づいた電荷が容量素子108に蓄積される。そして、トランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値は電位V1’に基づいた値になる。また、回路104[1]において、トランジスタ107がオンであるため、図1に例示する装置が発振する。ここで、電位V1’は、時刻t7における端子OUTの信号の周波数をf(V1)にする値であり、電位V1よりも高い値である。よって、端子OUTの信号の周波数がf(V1)と概ね等しくなる。   At time t7, the wiring WL [1] is set high and the wiring BL is set to the potential V1 '. Accordingly, in the circuit 104 [1], the transistor 105 is turned on, so that the potential V1 ′ of the wiring BL is input to the node SN through the transistor 105, and the charge based on the potential V1 ′ is supplied to the capacitor 108. Accumulated. The resistance value between the source and drain of the transistor 106 is a value based on the potential V1 '. In the circuit 104 [1], since the transistor 107 is on, the device illustrated in FIG. 1 oscillates. Here, the potential V1 'is a value that sets the frequency of the signal at the terminal OUT at time t7 to f (V1), and is higher than the potential V1. Therefore, the frequency of the signal at the terminal OUT is substantially equal to f (V1).

時刻t8において、配線CONTEXT[1]をローレベルにする。これにより、回路104[1]において、トランジスタ107がオフになる。よって、図1に例示する装置が発振しなくなる。   At time t8, the wiring CONTEXT [1] is set to a low level. Accordingly, in the circuit 104 [1], the transistor 107 is turned off. Therefore, the apparatus illustrated in FIG. 1 does not oscillate.

時刻t9において、配線CONTEXT[2]をハイレベルにする。これにより、回路104[2]において、トランジスタ107がオンになる。よって、図1に例示する装置が発振する。ただし、時刻t9における回路104[1]のノードSNの電位は、時刻t4時点における回路104[1]のノードSNの電位よりも高くなっている。つまり、時刻t9における回路104[1]のトランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値は時刻t4における回路104[1]のトランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値よりも小さくなっている。或いは、時刻t9における回路104[1]のトランジスタ106のゲート容量は時刻t4における回路104[1]のトランジスタ106のゲート容量よりも大きくなっている。よって、時刻t9における回路102の端子Aと端子Bとの間の負荷は、時刻t4時点と比較して増加している。そのため、時刻t9における端子OUTの信号の周波数は、時刻t4における端子OUTの信号の周波数がf(V2)よりも低くなる。   At a time t9, the wiring CONTEXT [2] is set to a high level. Accordingly, in the circuit 104 [2], the transistor 107 is turned on. Therefore, the apparatus illustrated in FIG. 1 oscillates. Note that the potential of the node SN of the circuit 104 [1] at time t9 is higher than the potential of the node SN of the circuit 104 [1] at time t4. That is, the resistance value between the source and the drain of the transistor 106 in the circuit 104 [1] at time t9 is smaller than the resistance value between the source and the drain of the transistor 106 in the circuit 104 [1] at the time t4. Yes. Alternatively, the gate capacitance of the transistor 106 in the circuit 104 [1] at time t9 is larger than the gate capacitance of the transistor 106 in the circuit 104 [1] at time t4. Therefore, the load between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 at time t9 is increased as compared with the time t4. Therefore, the frequency of the signal at the terminal OUT at time t9 is lower than the frequency f (V2) of the signal at the terminal OUT at time t4.

時刻t10において、配線WL[2]をハイレベルにし、配線BLを電位V2’にする。これにより、回路104[2]において、トランジスタ105がオンになるため、トランジスタ105を介して配線BLの電位V2’がノードSNに入力されるとともに、電位V2’に基づいた電荷が容量素子108に蓄積される。そして、トランジスタ106のソースとドレインとの間の抵抗値は電位V2’に基づいた値になる。また、回路104[2]において、トランジスタ107がオンであるため、図1に例示する装置が発振する。ここで、電位V2’は、時刻t10における端子OUTの信号の周波数をf(V2)にする値であり、電位V2よりも高い値である。よって、端子OUTの信号の周波数がf(V2)と概ね等しくなる。   At time t10, the wiring WL [2] is set high and the wiring BL is set to the potential V2 '. Accordingly, in the circuit 104 [2], the transistor 105 is turned on, so that the potential V2 ′ of the wiring BL is input to the node SN through the transistor 105, and the charge based on the potential V2 ′ is supplied to the capacitor 108. Accumulated. The resistance value between the source and the drain of the transistor 106 is a value based on the potential V2 '. In the circuit 104 [2], since the transistor 107 is on, the device illustrated in FIG. 1 oscillates. Here, the potential V2 'is a value that sets the frequency of the signal at the terminal OUT at time t10 to f (V2), and is higher than the potential V2. Therefore, the frequency of the signal at the terminal OUT is approximately equal to f (V2).

時刻t11において、配線CONTEXT[2]をローレベルにする。これにより、回路104[2]において、トランジスタ107がオフになる。よって、図1に例示する装置が発振しなくなる。   At time t11, the wiring CONTEXT [2] is set to a low level. Accordingly, the transistor 107 is turned off in the circuit 104 [2]. Therefore, the apparatus illustrated in FIG. 1 does not oscillate.

その後、時刻t6乃至t11までの動作を繰り返すことにより、配線CONTEXT[1]をハイレベルにしたときの端子OUTの信号の周波数をf(V1)に収束させ、配線CONTEXT[2]をハイレベルにしたときの端子OUTの信号の周波数をf(V2)に収束させることができる。   After that, by repeating the operation from time t6 to t11, the frequency of the signal at the terminal OUT when the wiring CONTEXT [1] is set to high level is converged to f (V1), and the wiring CONTEXT [2] is set to high level. Then, the frequency of the signal at the terminal OUT can be converged to f (V2).

以上のような構成とすることにより、本実施の形態に示す半導体装置は、新規の回路構成を提供することができる。または、本実施の形態に示す半導体装置は、発振周波数を切り替えること、又はそれを実現可能な回路構成を提供することができる。または、本実施の形態に示す半導体装置は、発振周波数の精度を向上させること、又はそれを実現可能な回路構成を提供することができる。   With the above structure, the semiconductor device described in this embodiment can provide a novel circuit structure. Alternatively, the semiconductor device described in this embodiment can switch an oscillation frequency or provide a circuit configuration capable of realizing it. Alternatively, the semiconductor device described in this embodiment can improve the accuracy of the oscillation frequency or provide a circuit configuration capable of realizing it.

本実施の形態は、他の実施の形態等の本明細書等において開示する構成と適宜組み合わせて実施することができる。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with the configurations disclosed in this specification and the like of other embodiments.

(実施の形態2)
本実施の形態では、実施の形態1において説明した装置を用いたPLLについて説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a PLL using the apparatus described in Embodiment 1 will be described.

図8に例示するPLLは、位相比較器201、ループフィルタ202、電圧制御発振器203、及び分周器204を有する。   The PLL illustrated in FIG. 8 includes a phase comparator 201, a loop filter 202, a voltage controlled oscillator 203, and a frequency divider 204.

位相比較器201は、2つの入力信号の位相差を検出し、検出結果を電圧信号として出力する機能を有する。即ち、位相比較器201は、finの周波数の信号とfout/Nの周波数の信号との位相差を電圧信号として出力する機能を有する。   The phase comparator 201 has a function of detecting a phase difference between two input signals and outputting a detection result as a voltage signal. In other words, the phase comparator 201 has a function of outputting a phase difference between a fin frequency signal and a fout / N frequency signal as a voltage signal.

ループフィルタ202は、電圧制御発振器203に入力するための直流電圧信号DATAを生成する機能を有する。また、ループフィルタ202は、位相比較器201の出力信号に含まれる高周波成分を取り除く機能を有する。ループフィルタ202としては、ローパスフィルタがある。   The loop filter 202 has a function of generating a DC voltage signal DATA to be input to the voltage controlled oscillator 203. The loop filter 202 has a function of removing high frequency components contained in the output signal of the phase comparator 201. As the loop filter 202, there is a low-pass filter.

電圧制御発振器203は、DATAに依存して特定の発振周波数を示すクロック信号を出力する機能を有する。電圧制御発振器203としては、図1に例示する装置を採用することができる。なお、DATAが配線BLの電位に対応する。なお、図1に例示する装置は、図8に示すようにバッファを介して信号を出力してもよい。   The voltage controlled oscillator 203 has a function of outputting a clock signal indicating a specific oscillation frequency depending on DATA. As the voltage controlled oscillator 203, the apparatus illustrated in FIG. 1 can be employed. Note that DATA corresponds to the potential of the wiring BL. The apparatus illustrated in FIG. 1 may output a signal through a buffer as shown in FIG.

分周器204は、電圧制御発振器203から出力された特定の発振周波数を示すクロック信号を1/N倍に変化させたクロック信号を生成する機能を有する。   The frequency divider 204 has a function of generating a clock signal obtained by changing the clock signal indicating the specific oscillation frequency output from the voltage controlled oscillator 203 to 1 / N times.

なお、DATAが配線BLの電位に対応する。また、DATAは、分周器204においてNを変化させることによって制御することができる。即ち、電圧制御発振器203の回路101[1]乃至101[n]のそれぞれに格納するデータは、分周器204においてNを変化させることによって制御することができる。   Note that DATA corresponds to the potential of the wiring BL. DATA can be controlled by changing N in the frequency divider 204. That is, the data stored in each of the circuits 101 [1] to 101 [n] of the voltage controlled oscillator 203 can be controlled by changing N in the frequency divider 204.

本実施の形態は、他の実施の形態等の本明細書等において開示する構成と適宜組み合わせて実施することができる。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with the configurations disclosed in this specification and the like of other embodiments.

(実施の形態3)
〈半導体装置の平面構造・断面構造の例〉
本実施の形態では、先の実施の形態に示す半導体装置の構造の例について図9乃至図14を用いて説明する。
(Embodiment 3)
<Example of planar structure and cross-sectional structure of semiconductor device>
In this embodiment, an example of the structure of the semiconductor device described in the above embodiment will be described with reference to FIGS.

なお、以下に示す構造は、先の実施の形態に示す半導体装置の一例にすぎず、用いる材料や構造など、半導体装置の具体的な構成はここで示すものに限定される必要はない。   Note that the structure described below is merely an example of the semiconductor device described in the above embodiment, and the specific structure of the semiconductor device, such as a material and a structure to be used, is not necessarily limited to that shown here.

先の実施の形態において、図1および図2で示した回路104[1]および回路104[2]について、m=2の場合の構造の一例を図9および図10を用いて説明する。図9(A)および図9(B)は回路104[1]および回路104[2]の平面図である。また、図10は、図9(A)および図9(B)に示す一点鎖線X1−X2および一点鎖線X3−X4に対応する断面図である。   In the above embodiment, an example of a structure in the case where m = 2 is described with reference to FIGS. 9 and 10 for the circuits 104 [1] and 104 [2] illustrated in FIGS. 9A and 9B are plan views of the circuit 104 [1] and the circuit 104 [2]. FIG. 10 is a cross-sectional view corresponding to the alternate long and short dash line X1-X2 and alternate long and short dash line X3-X4 shown in FIGS. 9A and 9B.

なお、図9(A)は図10に示す絶縁膜314より下に位置する主な構造を示した平面図であり、図9(B)は図10に示す絶縁膜314より上に位置する主な構造を示した平面図である。また、図9において、回路104[2]の構成で回路104[1]と重複する構成については、符号および詳細な説明を省略しており、これらについては回路104[1]の構成についての記載を参酌することができる。   9A is a plan view showing the main structure located below the insulating film 314 shown in FIG. 10, and FIG. 9B is a main view located above the insulating film 314 shown in FIG. It is the top view which showed the structure. In FIG. 9, the reference numerals and detailed description of the structure of the circuit 104 [2] that overlaps the circuit 104 [1] are omitted, and the description of the structure of the circuit 104 [1] is omitted. Can be considered.

図9および図10に示す半導体装置の一例として、下部に第1の半導体材料をチャネル形成領域に用いるトランジスタ106[1]とトランジスタ107[1]が形成され、上部に第2の半導体材料をチャネル形成領域に用いるトランジスタ105[1]が形成される場合について示す。   As an example of the semiconductor device illustrated in FIGS. 9 and 10, a transistor 106 [1] and a transistor 107 [1] using a first semiconductor material as a channel formation region are formed in a lower portion, and a second semiconductor material is channeled in an upper portion. The case where the transistor 105 [1] used for the formation region is formed is described.

第1の半導体材料と第2の半導体材料は異なる禁制帯幅を持つ材料とすることが好ましい。例えば、第1の半導体材料を酸化物半導体以外の半導体材料(シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、炭化シリコン、またはガリウムヒ素など)とし、第2の半導体材料を酸化物半導体とすることができる。酸化物半導体以外の材料として単結晶シリコンを用いたトランジスタは、高速動作が容易である。一方で、酸化物半導体を用いたトランジスタは、オフ電流が低い。   The first semiconductor material and the second semiconductor material are preferably materials having different band gaps. For example, the first semiconductor material can be a semiconductor material other than an oxide semiconductor (such as silicon, germanium, silicon germanium, silicon carbide, or gallium arsenide), and the second semiconductor material can be an oxide semiconductor. A transistor using single crystal silicon as a material other than an oxide semiconductor can easily operate at high speed. On the other hand, a transistor including an oxide semiconductor has low off-state current.

ただし、本発明の一態様に係る半導体装置はこれに限られるものではなく、トランジスタ105、トランジスタ106およびトランジスタ107に同じ半導体材料を用いる構成としてもよい。この場合、トランジスタ105、トランジスタ106およびトランジスタ107を同じ層に形成することもできる。   Note that the semiconductor device according to one embodiment of the present invention is not limited to this, and the transistor 105, the transistor 106, and the transistor 107 may be formed using the same semiconductor material. In this case, the transistor 105, the transistor 106, and the transistor 107 can be formed in the same layer.

トランジスタ106[1]およびトランジスタ107[1] は、基板300上に形成された絶縁膜310の上に形成されている。   The transistor 106 [1] and the transistor 107 [1] are formed over the insulating film 310 formed over the substrate 300.

トランジスタ106[1]は、絶縁膜310上に形成された半導体膜320と、半導体膜320上に形成されたゲート絶縁膜322aと、ゲート絶縁膜322a上に設けられたゲート電極324aと、ゲート絶縁膜322a上にゲート電極324aの側面に接するように設けられたサイドウォール絶縁膜326aと、を有する。トランジスタ106[1]は、半導体膜320のゲート電極324aと重なる部分にチャネル形成領域320fを有し、チャネル形成領域320fを挟むように不純物領域320aおよび不純物領域320bが設けられる。不純物領域320aおよび不純物領域320bは、トランジスタ106[1]のソース領域またはドレイン領域として機能する。また、半導体膜320において、不純物領域320aおよび不純物領域320bとチャネル形成領域320fとの間、サイドウォール絶縁膜326aと重なる領域に不純物領域320dを設けることが好ましい。不純物領域320dは、不純物領域320aおよび不純物領域320bより不純物濃度が低いLDD(Lightly Doped Drain)領域として機能することが好ましい。   The transistor 106 [1] includes a semiconductor film 320 formed over the insulating film 310, a gate insulating film 322a formed over the semiconductor film 320, a gate electrode 324a provided over the gate insulating film 322a, and gate insulation. And a sidewall insulating film 326a provided on the film 322a so as to be in contact with the side surface of the gate electrode 324a. The transistor 106 [1] includes a channel formation region 320f in a portion overlapping with the gate electrode 324a of the semiconductor film 320, and the impurity region 320a and the impurity region 320b are provided so as to sandwich the channel formation region 320f. The impurity region 320a and the impurity region 320b function as a source region or a drain region of the transistor 106 [1]. In the semiconductor film 320, the impurity region 320d is preferably provided in a region overlapping with the sidewall insulating film 326a between the impurity region 320a and the impurity region 320b and the channel formation region 320f. The impurity region 320d preferably functions as an LDD (Lightly Doped Drain) region having a lower impurity concentration than the impurity regions 320a and 320b.

また、トランジスタ107[1]は、絶縁膜310上に形成された半導体膜320と、半導体膜320上に形成されたゲート絶縁膜322bと、ゲート絶縁膜322b上に設けられたゲート電極324bと、ゲート絶縁膜322b上にゲート電極324bの側面に接するように設けられたサイドウォール絶縁膜326bと、を有する。トランジスタ107[1]は、半導体膜320のゲート電極324bと重なる部分にチャネル形成領域320gを有し、チャネル形成領域320gを挟むように不純物領域320bおよび不純物領域320cが設けられる。不純物領域320bおよび不純物領域320cは、トランジスタ107[1]のソース領域またはドレイン領域として機能する。また、半導体膜320において、不純物領域320bおよび不純物領域320cとチャネル形成領域320gとの間、サイドウォール絶縁膜326bと重なる領域に不純物領域320eを設けることが好ましい。不純物領域320eは、不純物領域320bおよび不純物領域320cより不純物濃度が低いLDD領域として機能することが好ましい。   The transistor 107 [1] includes a semiconductor film 320 formed over the insulating film 310, a gate insulating film 322b formed over the semiconductor film 320, a gate electrode 324b provided over the gate insulating film 322b, A sidewall insulating film 326b provided on the gate insulating film 322b so as to be in contact with the side surface of the gate electrode 324b; The transistor 107 [1] includes a channel formation region 320g in a portion overlapping with the gate electrode 324b of the semiconductor film 320, and the impurity region 320b and the impurity region 320c are provided so as to sandwich the channel formation region 320g. The impurity region 320b and the impurity region 320c function as a source region or a drain region of the transistor 107 [1]. In the semiconductor film 320, the impurity region 320e is preferably provided in a region overlapping with the sidewall insulating film 326b between the impurity region 320b and the impurity region 320c and the channel formation region 320g. Impurity region 320e preferably functions as an LDD region having a lower impurity concentration than impurity region 320b and impurity region 320c.

ここで、半導体膜320は、非晶質、微結晶、多結晶または単結晶である、シリコン、炭化シリコン、ゲルマニウムまたはシリコンゲルマニウムなどの半導体を用いることができる。シリコンの薄膜を用いて半導体膜320を形成する場合、当該薄膜には、プラズマCVD法などの気相成長法若しくはスパッタリング法で作製された非晶質シリコン、非晶質シリコンをレーザーアニールなどの処理により結晶化させた多結晶シリコン、単結晶シリコンウェハに水素イオン等を注入して表層部を剥離した単結晶シリコンなどを用いることができる。   Here, the semiconductor film 320 can be formed using a semiconductor such as silicon, silicon carbide, germanium, or silicon germanium which is amorphous, microcrystalline, polycrystalline, or single crystal. In the case where the semiconductor film 320 is formed using a silicon thin film, the thin film is processed by vapor deposition such as a plasma CVD method or amorphous silicon manufactured by a sputtering method or laser annealing or the like. It is possible to use polycrystalline silicon crystallized by the above, single crystal silicon in which hydrogen ions are implanted into a single crystal silicon wafer and the surface layer portion is peeled off.

絶縁膜310は、例えば、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウム、酸化タンタルなどから選ばれた一種以上含む絶縁体を用いることができる。また、ゲート絶縁膜322a、ゲート絶縁膜322b、サイドウォール絶縁膜326aおよびサイドウォール絶縁膜326bも絶縁膜310に用いることができる上記の絶縁膜を用いて形成することができる。   The insulating film 310 includes, for example, aluminum oxide, aluminum oxynitride, magnesium oxide, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, and oxide. An insulator containing one or more selected from hafnium, tantalum oxide, and the like can be used. The gate insulating film 322a, the gate insulating film 322b, the sidewall insulating film 326a, and the sidewall insulating film 326b can also be formed using the above insulating film that can be used for the insulating film 310.

基板300としては、シリコンや炭化シリコンからなる単結晶半導体基板、多結晶半導体基板、シリコンゲルマニウムからなる化合物半導体基板を用いることができる。   As the substrate 300, a single crystal semiconductor substrate made of silicon or silicon carbide, a polycrystalline semiconductor substrate, or a compound semiconductor substrate made of silicon germanium can be used.

また、基板300としては絶縁基板を用いてもよい。該絶縁基板として、例えば、ガラス基板、石英基板、プラスチック基板、可撓性基板、貼り合わせフィルム、繊維状の材料を含む紙、又は基材フィルムなどが挙げられる。ガラス基板の一例としては、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、又はソーダライムガラスなどがある。可撓性基板の一例としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルサルフォン(PES)に代表されるプラスチック、又はアクリル等の可撓性を有する合成樹脂などがある。貼り合わせフィルムの一例としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリフッ化ビニル、又はポリ塩化ビニルなどがある。基材フィルムの一例としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、アラミド、エポキシ、無機蒸着フィルム、又は紙類などがある。   Further, an insulating substrate may be used as the substrate 300. Examples of the insulating substrate include a glass substrate, a quartz substrate, a plastic substrate, a flexible substrate, a bonded film, paper containing a fibrous material, or a base film. Examples of the glass substrate include barium borosilicate glass, aluminoborosilicate glass, and soda lime glass. As an example of the flexible substrate, there are plastics typified by polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), and polyethersulfone (PES), or a synthetic resin having flexibility such as acrylic. Examples of the laminated film include polypropylene, polyester, polyvinyl fluoride, and polyvinyl chloride. Examples of the base film include polyester, polyamide, polyimide, aramid, epoxy, inorganic vapor deposition film, and papers.

本実施の形態では、基板300上に絶縁膜310が設けられ、絶縁膜310上に半導体膜320が設けられたSOI(Silicon on Insulator)基板を例示しているが、その構成はこれに限られるものではない。例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板、シリコンゲルマニウム基板等の半導体基板に素子分離法を用いてトランジスタを形成してもよい。素子分離法として、トレンチ分離法(STI法:Shallow Trench Isolation)、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)法等を用いることができる。また、基板300として、金属基板、ステンレス・スチル基板、ステンレス・スチル・ホイルを有する基板、タングステン基板、タングステン・ホイルを有する基板、などを用いてもよい。   In this embodiment mode, an SOI (Silicon on Insulator) substrate in which the insulating film 310 is provided over the substrate 300 and the semiconductor film 320 is provided over the insulating film 310 is illustrated, but the structure is limited to this. It is not a thing. For example, a transistor may be formed on a semiconductor substrate such as a silicon substrate, a germanium substrate, or a silicon germanium substrate by an element isolation method. As an element isolation method, a trench isolation method (STI method: Shallow Trench Isolation), a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) method, or the like can be used. As the substrate 300, a metal substrate, a stainless steel substrate, a substrate having stainless steel foil, a tungsten substrate, a substrate having tungsten foil, or the like may be used.

ゲート電極324aおよびゲート電極324bとしては、タンタル、タングステン、チタン、モリブデン、クロム、ニオブ等から選択された金属、またはこれらの金属を主成分とする合金材料若しくは化合物材料を用いることが好ましい。また、リン等の不純物を添加した多結晶シリコンを用いることができる。また、金属窒化物膜と上記の金属膜の積層構造でゲート電極324aおよびゲート電極324bを形成してもよい。金属窒化物としては、窒化タングステン、窒化モリブデン、窒化チタンを用いることができる。金属窒化物膜を設けることにより、金属膜の密着性を向上させることができ、剥離を防止することができる。   As the gate electrode 324a and the gate electrode 324b, it is preferable to use a metal selected from tantalum, tungsten, titanium, molybdenum, chromium, niobium, or the like, or an alloy material or a compound material containing these metals as main components. Alternatively, polycrystalline silicon to which an impurity such as phosphorus is added can be used. Alternatively, the gate electrode 324a and the gate electrode 324b may be formed using a stacked structure of a metal nitride film and the above metal film. As the metal nitride, tungsten nitride, molybdenum nitride, or titanium nitride can be used. By providing the metal nitride film, the adhesion of the metal film can be improved and peeling can be prevented.

不純物領域320a乃至不純物領域320eは、n型を付与する不純物元素またはp型を付与する不純物元素を半導体膜320に添加して形成される。n型を付与する不純物元素としては、リン(P)やヒ素(As)などを用いればよく、p型を付与する不純物元素としては、硼素(B)やアルミニウム(Al)などを用いればよい。   The impurity regions 320 a to 320 e are formed by adding an impurity element imparting n-type conductivity or an impurity element imparting p-type conductivity to the semiconductor film 320. Phosphorus (P), arsenic (As), or the like may be used as an impurity element imparting n-type, and boron (B), aluminum (Al), or the like may be used as an impurity element imparting p-type.

トランジスタ106[1]およびトランジスタ107[1]の上に絶縁膜311が形成され、絶縁膜311の上に導電膜328a乃至導電膜328cが形成されている。導電膜328aは絶縁膜311に設けられた開口部を介して不純物領域320aと接続され、導電膜328bは絶縁膜311に設けられた開口部を介して不純物領域320cと接続され、導電膜328cは絶縁膜311に設けられた開口部を介してゲート電極324aと接続される。   An insulating film 311 is formed over the transistors 106 [1] and 107 [1], and conductive films 328a to 328c are formed over the insulating film 311. The conductive film 328 a is connected to the impurity region 320 a through an opening provided in the insulating film 311, the conductive film 328 b is connected to the impurity region 320 c through an opening provided in the insulating film 311, and the conductive film 328 c is The gate electrode 324a is connected through an opening provided in the insulating film 311.

ここで、導電膜328aは、トランジスタ106[1]のソース電極またはドレイン電極の一方として機能し、導電膜328bはトランジスタ107[1]のソース電極またはドレイン電極の一方として機能する。なお、図10に示すトランジスタ106[1]およびトランジスタ107[1]は明示的にソース電極またはドレイン電極の他方を有さないが、便宜上、このような状態の素子を含めてトランジスタと呼ぶ場合がある。また、この場合、トランジスタの接続関係を説明するために、ソース領域やドレイン領域を含めてソース電極やドレイン電極と表現することがある。   Here, the conductive film 328a functions as one of the source electrode and the drain electrode of the transistor 106 [1], and the conductive film 328b functions as one of the source electrode and the drain electrode of the transistor 107 [1]. Note that the transistor 106 [1] and the transistor 107 [1] illustrated in FIGS. 10A and 10B explicitly do not have the other of the source electrode and the drain electrode, but may be referred to as transistors including elements in such a state for convenience. is there. In this case, in order to describe the connection relation of the transistors, the source and drain electrodes including the source and drain regions may be expressed.

導電膜328a乃至導電膜328cとしては、銅(Cu)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、金(Au)、アルミニウム(Al)、マンガン(Mn)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)、鉛(Pb)、錫(Sn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)の低抵抗材料からなる単体、もしくは低抵抗材料の合金、またはこれらを主成分とする化合物を含む導電膜の単層または積層とすることが好ましい。特に、耐熱性と導電性を両立するタングステンやモリブデンなどの高融点材料を用いることが好ましい。また、導電膜328a乃至導電膜328cはアルミニウムや銅などの低抵抗導電性材料で形成することが好ましい。さらに、導電膜328a乃至導電膜328cにCu−Mn合金を用いると、酸素を含む絶縁体との界面に酸化マンガンを形成し、酸化マンガンがCuの拡散を抑制する機能を持つので好ましい。また、導電膜328a乃至導電膜328cなどは、スパッタリング法またはCVD法などを用いて成膜することができる。   As the conductive films 328a to 328c, copper (Cu), tungsten (W), molybdenum (Mo), gold (Au), aluminum (Al), manganese (Mn), titanium (Ti), tantalum (Ta), Nickel (Ni), chromium (Cr), lead (Pb), tin (Sn), iron (Fe), cobalt (Co) low-resistance material alone, an alloy of low-resistance material, or these as a main component It is preferable to form a single layer or a stacked layer of a conductive film containing the compound to be processed. In particular, it is preferable to use a high melting point material such as tungsten or molybdenum that has both heat resistance and conductivity. The conductive films 328a to 328c are preferably formed using a low-resistance conductive material such as aluminum or copper. Further, it is preferable to use a Cu—Mn alloy for the conductive films 328 a to 328 c because manganese oxide is formed at the interface with the insulator containing oxygen and the manganese oxide has a function of suppressing diffusion of Cu. The conductive films 328a to 328c and the like can be formed by a sputtering method, a CVD method, or the like.

絶縁膜311は、絶縁膜310に用いることができる上記の絶縁膜を用いて形成することができる。また、絶縁膜311は、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の有機樹脂を用いることもできる。   The insulating film 311 can be formed using the above insulating film that can be used for the insulating film 310. The insulating film 311 can also be formed using an organic resin such as a polyimide resin, a polyamide resin, an acrylic resin, a siloxane resin, an epoxy resin, or a phenol resin.

なお、絶縁膜311をCVD法により形成することで、絶縁膜311の水素含有量が高まる。このような絶縁膜311存在下、加熱処理を行うことにより、半導体膜320を水素化し、水素によりダングリングボンドを終端させ、半導体膜320中の欠陥を低減することができる。このように、半導体膜320のダングリングボンドを終端させることにより、トランジスタ106[1]およびトランジスタ107[1]の信頼性を向上させることができる。   Note that when the insulating film 311 is formed by a CVD method, the hydrogen content of the insulating film 311 is increased. By performing heat treatment in the presence of such an insulating film 311, the semiconductor film 320 can be hydrogenated, dangling bonds can be terminated with hydrogen, and defects in the semiconductor film 320 can be reduced. In this manner, by terminating dangling bonds in the semiconductor film 320, the reliability of the transistor 106 [1] and the transistor 107 [1] can be improved.

導電膜328a乃至導電膜328cおよび絶縁膜311の上に絶縁膜312が形成され、絶縁膜312の上に導電膜330a乃至導電膜330c、導電膜332、導電膜334および導電膜336が形成されている。導電膜330aは絶縁膜312に設けられた開口部を介して導電膜328aと接続され、導電膜330bは絶縁膜312に設けられた開口部を介して導電膜328bと接続され、導電膜330cは絶縁膜312に設けられた開口部を介して導電膜328cと接続される。また、図10で示していないが、導電膜332は、導電膜330cがゲート電極324aと電気的に接続されるのと同様に絶縁膜312および絶縁膜311に設けられた開口部を介してゲート電極324bと電気的に接続される。   The insulating film 312 is formed over the conductive films 328 a to 328 c and the insulating film 311, and the conductive films 330 a to 330 c, the conductive film 332, the conductive film 334, and the conductive film 336 are formed over the insulating film 312. Yes. The conductive film 330 a is connected to the conductive film 328 a through an opening provided in the insulating film 312, the conductive film 330 b is connected to the conductive film 328 b through an opening provided in the insulating film 312, and the conductive film 330 c is The conductive film 328 c is connected through an opening provided in the insulating film 312. Although not illustrated in FIG. 10, the conductive film 332 is gated through an opening provided in the insulating film 312 and the insulating film 311 in the same manner as the conductive film 330 c is electrically connected to the gate electrode 324 a. It is electrically connected to the electrode 324b.

ここで、導電膜332は、図9(A)において行方向に延伸して設けられており、先の実施の形態に示す配線CONTEXT[1]として機能する。また、導電膜334は、容量素子108[1]の第2の端子として機能する。なお、導電膜334は、図9(A)において行方向に延伸して設けられており、回路102[1]乃至102[n]の回路104[1]においても容量素子108[1]の第2の端子として機能する。   Here, the conductive film 332 is provided to extend in the row direction in FIG. 9A and functions as the wiring CONTEXT [1] described in the above embodiment. The conductive film 334 functions as the second terminal of the capacitor 108 [1]. Note that the conductive film 334 is provided so as to extend in the row direction in FIG. 9A. In the circuits 104 [1] to 102 [n] in the circuits 102 [1] to 102 [n], the first conductive elements 334 [1] 2 functions as a terminal.

導電膜336は、トランジスタ105[1]のバックゲートとして機能する。このような導電膜336を設けることにより、トランジスタ105[1]のしきい値電圧の制御を行うことができる。導電膜336は、電気的に絶縁しているフローティングの状態であっても良いし、電位が他の配線から与えられている状態であっても良い。導電膜336の状態は、トランジスタ105[1]のしきい値電圧の制御に応じて適宜設定することができる。なお、導電膜336は、図9(A)において行方向に延伸して設けられており、回路102[1]乃至102[n]の回路104[1]においてもトランジスタ105[1]のバックゲートとして機能する。また、トランジスタ105[1]は少なくとも一つのゲート電極を有していればよく、必ずしもバックゲートとして機能する導電膜336を設けなくてもよい。   The conductive film 336 functions as a back gate of the transistor 105 [1]. By providing such a conductive film 336, the threshold voltage of the transistor 105 [1] can be controlled. The conductive film 336 may be in a floating state where it is electrically insulated, or may be in a state where a potential is applied from another wiring. The state of the conductive film 336 can be set as appropriate in accordance with control of the threshold voltage of the transistor 105 [1]. Note that the conductive film 336 is provided so as to extend in the row direction in FIG. 9A, and the back gate of the transistor 105 [1] is included in the circuit 104 [1] of the circuits 102 [1] to 102 [n]. Function as. The transistor 105 [1] only needs to have at least one gate electrode, and the conductive film 336 functioning as a back gate is not necessarily provided.

導電膜330a乃至導電膜330c、導電膜332、導電膜334および導電膜336は、導電膜328aおよび導電膜328bに用いることができる上記の材料を用いて形成することができる。   The conductive films 330a to 330c, the conductive film 332, the conductive film 334, and the conductive film 336 can be formed using any of the above materials that can be used for the conductive films 328a and 328b.

絶縁膜312は、絶縁膜310に用いることができる上記の絶縁膜を用いて形成することができる。また、絶縁膜312は、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、アクリル樹脂、シロキサン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の有機樹脂を用いることもできる。   The insulating film 312 can be formed using the above insulating film that can be used for the insulating film 310. The insulating film 312 can be formed using an organic resin such as a polyimide resin, a polyamide resin, an acrylic resin, a siloxane resin, an epoxy resin, or a phenol resin.

なお、絶縁膜312は、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法などの平坦化処理を行って平坦性の向上を図ることが好ましい。   Note that the insulating film 312 is preferably improved in planarity by performing a planarization process such as a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.

絶縁膜313の上に絶縁膜314が形成され、絶縁膜314の上に絶縁膜315が形成されている。   An insulating film 314 is formed over the insulating film 313, and an insulating film 315 is formed over the insulating film 314.

上記の通り、トランジスタ106[1]およびトランジスタ107[1]の半導体膜320の近傍に設けられる絶縁膜311などの中の水素でシリコンのダングリングボンドを終端させた。しかしながら、トランジスタ105[1]の酸化物半導体膜340の近傍に設けられる絶縁膜中の水素は、酸化物半導体中にキャリアを生成する要因の一つとなるため、トランジスタ105[1]の信頼性を低下させる要因となる場合がある。よって、下層に設けられたトランジスタ106[1]およびトランジスタ107[1]と、上層に設けられたトランジスタ105[1]との間に位置する絶縁膜314として、水素の拡散を防止する機能を有する絶縁膜を設けることは特に効果的である。絶縁膜314により、下層に水素を閉じ込めることでトランジスタ106[1]およびトランジスタ107[1]の信頼性が向上することに加え、絶縁膜314は下層から上層に水素が拡散することが抑制されることでトランジスタ105[1]の信頼性も同時に向上させることができる。   As described above, the dangling bonds of silicon were terminated with hydrogen in the insulating film 311 and the like provided in the vicinity of the semiconductor film 320 of the transistor 106 [1] and the transistor 107 [1]. However, since hydrogen in the insulating film provided in the vicinity of the oxide semiconductor film 340 of the transistor 105 [1] is one of the factors that generate carriers in the oxide semiconductor, the reliability of the transistor 105 [1] is increased. It may be a factor to reduce. Therefore, the insulating film 314 located between the transistor 106 [1] and the transistor 107 [1] provided in the lower layer and the transistor 105 [1] provided in the upper layer has a function of preventing hydrogen diffusion. Providing an insulating film is particularly effective. In addition to improving the reliability of the transistor 106 [1] and the transistor 107 [1] by confining hydrogen in the lower layer with the insulating film 314, the insulating film 314 suppresses diffusion of hydrogen from the lower layer to the upper layer. Thus, the reliability of the transistor 105 [1] can be improved at the same time.

絶縁膜314としては、例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)等を用いることができる。   Examples of the insulating film 314 include silicon nitride, silicon nitride oxide, aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, and yttria-stabilized zirconia (YSZ). Etc. can be used.

絶縁膜315として、加熱により酸素の一部が脱離する酸化絶縁膜を用いて形成することが好ましい。加熱により酸素の一部が脱離する酸化絶縁膜としては、化学量論比を満たす酸素よりも多くの酸素を含む酸化絶縁膜を用いる。絶縁膜315としては、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、酸化ガリウム、酸化ハフニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウムを単層または積層して用いることができる。   The insulating film 315 is preferably formed using an oxide insulating film from which part of oxygen is released by heating. As the oxide insulating film from which part of oxygen is released by heating, an oxide insulating film containing more oxygen than that in the stoichiometric ratio is used. As the insulating film 315, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, gallium oxide, hafnium oxide, yttrium oxide, aluminum oxide, or aluminum oxynitride can be used as a single layer or a stacked layer.

なお、絶縁膜315は、CMP法などの平坦化処理を行って平坦性の向上を図ることが好ましい。   Note that the insulating film 315 is preferably planarized by a CMP method or the like to improve planarity.

トランジスタ105[1]は、絶縁膜315上に形成されている。トランジスタ105[1]は、絶縁膜315上に、酸化物半導体膜340と、酸化物半導体膜340に電気的に接続された、ソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜344a及び導電膜344bと、酸化物半導体膜340の上に接して形成されたゲート絶縁膜346と、ゲート絶縁膜346を間に挟んで酸化物半導体膜340と重なるゲート電極348と、を有する。また、導電膜344aは、容量素子108[1]の第1の端子として機能する。   The transistor 105 [1] is formed over the insulating film 315. The transistor 105 [1] includes an oxide semiconductor film 340 over the insulating film 315, a conductive film 344a and a conductive film 344b which are electrically connected to the oxide semiconductor film 340 and function as a source electrode or a drain electrode, The gate insulating film 346 is formed over and in contact with the oxide semiconductor film 340 and the gate electrode 348 overlaps with the oxide semiconductor film 340 with the gate insulating film 346 interposed therebetween. The conductive film 344a functions as a first terminal of the capacitor 108 [1].

ここで、酸化物半導体膜340は、絶縁膜315上において順に積層された酸化物半導体膜340a乃至酸化物半導体膜340cを有する場合を例示している。ただし、本発明の一態様では、トランジスタ105[1]が有する酸化物半導体膜340が、単膜の金属酸化物膜で構成されていても良い。   Here, the case where the oxide semiconductor film 340 includes the oxide semiconductor films 340 a to 340 c sequentially stacked over the insulating film 315 is illustrated. Note that in one embodiment of the present invention, the oxide semiconductor film 340 included in the transistor 105 [1] may be a single metal oxide film.

また、絶縁膜315上には導電膜342aおよび導電膜342bも形成されている。導電膜342aは絶縁膜313乃至絶縁膜315に設けられた開口部を介して導電膜330aと接続され、導電膜342bは絶縁膜313乃至絶縁膜315に設けられた開口部を介して導電膜330bと接続され、導電膜344aは絶縁膜313乃至絶縁膜315に設けられた開口部を介して導電膜330cと接続される。   A conductive film 342a and a conductive film 342b are also formed over the insulating film 315. The conductive film 342a is connected to the conductive film 330a through an opening provided in the insulating films 313 to 315, and the conductive film 342b is connected to the conductive film 330b through an opening provided in the insulating films 313 to 315. The conductive film 344a is connected to the conductive film 330c through an opening provided in the insulating films 313 to 315.

導電膜342a、導電膜342b、導電膜344aおよび導電膜344bは、導電膜328aおよび導電膜328bに用いることができる上記の材料を用いて形成することができる。   The conductive films 342a, 342b, 344a, and 344b can be formed using any of the above materials that can be used for the conductive films 328a and 328b.

ゲート絶縁膜346には、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルを一種以上含む絶縁膜を用いることができる。また、ゲート絶縁膜346は上記材料の積層であってもよい。なお、ゲート絶縁膜346に、ランタン(La)、窒素、ジルコニウム(Zr)などを、不純物として含んでいてもよい。   The gate insulating film 346 includes aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon oxynitride, silicon nitride oxide, silicon nitride, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, and tantalum oxide. An insulating film containing one or more of them can be used. The gate insulating film 346 may be a stacked layer of the above materials. Note that the gate insulating film 346 may contain lanthanum (La), nitrogen, zirconium (Zr), or the like as an impurity.

また、ゲート絶縁膜346の積層構造の一例について説明する。ゲート絶縁膜346は、例えば、酸素、窒素、シリコン、ハフニウムなどを有する。具体的には、ゲート絶縁膜346は、酸化ハフニウム、および酸化シリコンまたは酸化窒化シリコンを含むと好ましい。酸化ハフニウムは、酸化シリコンや酸化窒化シリコンと比べて比誘電率が高い。したがって、酸化ハフニウムを用いた場合、酸化シリコンを用いた場合と比べて、ゲート絶縁膜346の膜厚を大きくできるため、等価酸化膜厚を10nm以下または5nm以下とした場合でも、トンネル電流によるリーク電流を小さくすることができる。即ち、オフ電流の小さいトランジスタを実現することができる。   An example of a stacked structure of the gate insulating film 346 will be described. The gate insulating film 346 includes, for example, oxygen, nitrogen, silicon, hafnium, or the like. Specifically, the gate insulating film 346 preferably contains hafnium oxide and silicon oxide or silicon oxynitride. Hafnium oxide has a higher dielectric constant than silicon oxide or silicon oxynitride. Therefore, when hafnium oxide is used, the gate insulating film 346 can be made thicker than when silicon oxide is used. Therefore, even when the equivalent oxide film thickness is 10 nm or less or 5 nm or less, the leakage due to the tunnel current is caused. The current can be reduced. That is, a transistor with a small off-state current can be realized.

ここで、ゲート電極348は、図9(B)において行方向に延伸して設けられており、先の実施の形態に示す配線WL[1]として機能する。   Here, the gate electrode 348 is provided so as to extend in the row direction in FIG. 9B and functions as the wiring WL [1] described in the above embodiment.

ゲート電極348は、アルミニウム、クロム、銅、タンタル、チタン、モリブデン、タングステンから選ばれた金属元素、または上述した金属元素を成分とする合金か、上述した金属元素を組み合わせた合金などを用いて形成することができる。また、マンガン、ジルコニウムのいずれか一または複数から選択された金属元素を用いてもよい。また、ゲート電極348は、単層構造でも、二層以上の積層構造としてもよい。例えば、シリコンを含むアルミニウム膜の単層構造、アルミニウム膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にチタン膜を積層する二層構造、窒化チタン膜上にタングステン膜を積層する二層構造、窒化タンタル膜上にタングステン膜を積層する二層構造、チタン膜と、そのチタン膜上にアルミニウム膜を積層し、さらにその上にチタン膜を形成する三層構造などがある。また、アルミニウムに、チタン、タンタル、タングステン、モリブデン、クロム、ネオジム、スカンジウムから選ばれた一または複数を組み合わせた合金膜、もしくは窒化膜を用いてもよい。   The gate electrode 348 is formed using a metal element selected from aluminum, chromium, copper, tantalum, titanium, molybdenum, tungsten, an alloy including any of the above metal elements, or an alloy combining any of the above metal elements. can do. Alternatively, a metal element selected from one or more of manganese and zirconium may be used. The gate electrode 348 may have a single-layer structure or a stacked structure including two or more layers. For example, a single-layer structure of an aluminum film containing silicon, a two-layer structure in which a titanium film is stacked on an aluminum film, a two-layer structure in which a titanium film is stacked on a titanium nitride film, and a two-layer structure in which a tungsten film is stacked on a titanium nitride film There are a layer structure, a two-layer structure in which a tungsten film is stacked on a tantalum nitride film, a titanium film, and a three-layer structure in which an aluminum film is stacked on the titanium film and a titanium film is further formed thereon. Alternatively, an alloy film or a nitride film in which aluminum is combined with one or more selected from titanium, tantalum, tungsten, molybdenum, chromium, neodymium, and scandium may be used.

また、ゲート電極348は、インジウム錫酸化物、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化ケイ素を添加したインジウム錫酸化物などの透光性を有する導電性材料を適用することもできる。また、上記透光性を有する導電性材料と、上記金属元素の積層構造とすることもできる。   The gate electrode 348 includes indium tin oxide, indium oxide including tungsten oxide, indium zinc oxide including tungsten oxide, indium oxide including titanium oxide, indium tin oxide including titanium oxide, and indium zinc oxide. Alternatively, a light-transmitting conductive material such as indium tin oxide to which silicon oxide is added can be used. Alternatively, a stacked structure of the above light-transmitting conductive material and the above metal element can be employed.

なお、酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタ、および当該酸化物半導体膜の詳細な説明については後述する。   Note that a transistor including a channel formation region in an oxide semiconductor film and a detailed description of the oxide semiconductor film will be described later.

トランジスタ105[1]および絶縁膜315の上に絶縁膜316が形成され、絶縁膜316の上に絶縁膜317が形成されている。   An insulating film 316 is formed over the transistor 105 [1] and the insulating film 315, and an insulating film 317 is formed over the insulating film 316.

絶縁膜316は酸素、水素、水、アルカリ金属、アルカリ土類金属等のブロッキング効果を有することが好ましい。絶縁膜316としては、例えば、窒化物絶縁膜を用いることができる。該窒化物絶縁膜としては、窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化アルミニウム、窒化酸化アルミニウム等がある。なお、窒化物絶縁膜の代わりに、酸素、水素、水等のブロッキング効果を有する酸化物絶縁膜を設けてもよい。酸化物絶縁膜としては、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等がある。   The insulating film 316 preferably has a blocking effect of oxygen, hydrogen, water, alkali metal, alkaline earth metal, or the like. As the insulating film 316, for example, a nitride insulating film can be used. Examples of the nitride insulating film include silicon nitride, silicon nitride oxide, aluminum nitride, and aluminum nitride oxide. Note that an oxide insulating film having a blocking effect of oxygen, hydrogen, water, or the like may be provided instead of the nitride insulating film. Examples of the oxide insulating film include aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, and hafnium oxynitride.

酸化アルミニウム膜は、水素、水分などの不純物、および酸素の両方に対して膜を透過させない遮断効果が高いので絶縁膜316に適用するのに好ましい。また、酸化アルミニウム膜に含まれる酸素を酸化物半導体膜340に拡散させることもできる。   An aluminum oxide film is preferable for application to the insulating film 316 because it has a high blocking effect of preventing both hydrogen, moisture and other impurities, and oxygen from permeating the film. In addition, oxygen contained in the aluminum oxide film can be diffused into the oxide semiconductor film 340.

絶縁膜317は、絶縁膜310に用いることができる上記の絶縁膜を用いて形成することができる。   The insulating film 317 can be formed using the above insulating film that can be used for the insulating film 310.

絶縁膜317上に導電膜350a乃至350cが形成されている。導電膜350aは絶縁膜316および絶縁膜317に設けられた開口部Cを介して導電膜342aと接続され、導電膜350bは絶縁膜316および絶縁膜317に設けられた開口部Dを介して導電膜342bと接続され、導電膜350cは絶縁膜316および絶縁膜317に設けられた開口部を介して導電膜344bと接続されている。 Conductive films 350 a to 350 c are formed over the insulating film 317. The conductive film 350a is connected to the conductive film 342a through the opening C 1 provided in the insulating film 316 and the insulating film 317, the conductive film 350b is via the opening D 1 provided in the insulating film 316 and the insulating film 317 The conductive film 350c is connected to the conductive film 344b through an opening provided in the insulating film 316 and the insulating film 317.

導電膜350aは、図9(B)において列方向に延伸して設けられており、回路104[2]において絶縁膜311乃至317に設けられた開口部Cを介してトランジスタ106[2]のソース領域またはドレイン領域の一方と電気的に接続される。また、導電膜350aの一方は、図1に示す第1の領域113aまで延伸されて同じ段のインバータ103の出力端子と電気的に接続され、導電膜350aの他方は、図9に示す回路はm=2の場合について例示しているので、開口部Cを介してトランジスタ106[2]とコンタクトを取ったところで途切れる。つまり、導電膜350aは、先の実施の形態に示す端子Aと端子Cおよび端子Aと端子Cの間の配線として機能する。 The conductive film 350a, in FIG. 9 (B) is provided to extend in the column direction, the circuit 104 [2] In the transistor 106 [2] via an opening C 2 provided in the insulating film 311 to 317 It is electrically connected to one of the source region and the drain region. One of the conductive films 350a extends to the first region 113a illustrated in FIG. 1 and is electrically connected to the output terminal of the inverter 103 in the same stage. The other of the conductive films 350a has the circuit illustrated in FIG. since exemplifies the case of m = 2, interrupted via the opening C 2 and the transistors 106 [2] where took contact. That is, the conductive film 350a functions as wiring between the terminals in the above embodiments A and the terminal C 1 and the terminals A and C 2.

また、導電膜350bは、図9(B)において列方向に延伸して設けられており、回路104[2]において絶縁膜311乃至317に設けられた開口部Dを介してトランジスタ107[2]のソース領域またはドレイン領域の一方と電気的に接続される。また、図9に示す回路はm=2の場合について例示しているので、導電膜350bの一方は、開口部Dを介してトランジスタ107[1]とコンタクトを取ったところで途切れており、導電膜350bの他方は、図1に示す第3の領域113bまで延伸されて次の段のインバータ103の入力端子と電気的に接続される。つまり、導電膜350bは、先の実施の形態に示す端子Dと端子Bおよび端子Dと端子Bの間の配線として機能する。 The conductive film 350b is, and FIG. 9 (B) is provided to extend in the column direction in the circuit 104 the transistors 107 through the opening D 2 provided in the insulating film 311 to 317 in [2] [2 ] Is electrically connected to one of the source region and the drain region. Further, since the circuit shown in FIG. 9 illustrates the case of m = 2, one of the conductive film 350b are interrupted where took contact with transistors 107 [1] via the opening D 1, conductivity The other side of the film 350b extends to the third region 113b shown in FIG. 1 and is electrically connected to the input terminal of the inverter 103 at the next stage. That is, the conductive film 350b serves as wiring between the above terminals D 1 shown in the embodiment of the terminal B and the terminal D 2 and the terminal B.

ここで、開口部Cに設けられた導電膜は、トランジスタ106[1]のソース領域またはドレイン領域の一方と電気的に接続されており、図2に示す端子Cとみなすことができる。同様に、開口部Cに設けられた導電膜は、図2に示す端子Cとみなすことができ、開口部Dに設けられた導電膜は、図2に示す端子Dとみなすことができ、開口部Dに設けられた導電膜は、図2に示す端子Dとみなすことができる。 Here, the conductive film provided on the opening portion C 1 is electrically connected to one of a source region and a drain region of the transistor 106 [1] can be regarded as the terminal C 1 shown in FIG. Similarly, the conductive film provided on the opening portion C 2, can be considered as a terminal C 2 shown in FIG. 2, the conductive film formed in the opening D 1, be regarded as the terminal D 1 shown in FIG. 2 can be, conductive film formed in the opening D 2 can be regarded as the terminal D 2 shown in FIG.

よって、開口部Cと開口部Cの間の距離をa−aとみなし、開口部Dと開口部Dの間の距離をb−bとみなすことができる。図9に示すように、本実施の形態に示す半導体装置においては、関係はa−a=b−bとなる。これは先の実施の形態に示す式(1)を満たす。 Therefore, the distance between the openings C 1 and the opening C 2 regarded as a 2 -a 1, a distance between the opening D 1 and the opening portion D 2 can be regarded as b 1 -b 2. As shown in FIG. 9, in the semiconductor device described in this embodiment, the relationship is a 2 −a 1 = b 1 −b 2 . This satisfies the equation (1) shown in the previous embodiment.

つまり、開口部Cと開口部Cの間の距離が開口部Dと開口部Dの間の距離と概略等しい構成とすることにより、回路104の配線経路の選択によらず、回路102の端子Aと端子Bの間の配線抵抗を概略等しくすることができる。また、言い換えると、導電膜350aにおける、開口部Cと重なる部分と開口部Cと重なる部分の間の距離が、導電膜350bにおける、開口部Dと重なる部分と開口部Dと重なる部分の間の距離と概略等しい構成とすることにより、回路104の配線経路の選択によらず、回路102の端子Aと端子Bの間の配線抵抗を概略等しくすることができる。これにより、本実施の形態に示す半導体装置は、特定のデータに対応する発振周波数を概略等しくすることができるので、発振周波数の精度を向上させることができる。 That is, the distance between the opening C 1 and the opening C 2 is substantially equal to the distance between the opening D 1 and the opening D 2. The wiring resistance between the terminal A and the terminal B of 102 can be made substantially equal. Further, in other words, the conductive film 350a, the distance between the portion overlapping the portion and the opening C 2 overlapping with the opening C 1 overlaps the conductive film 350b, the portion and the opening portion D 2 overlapping the opening D 1 By adopting a configuration that is substantially equal to the distance between the portions, the wiring resistance between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 can be made approximately equal regardless of the selection of the wiring path of the circuit 104. As a result, the semiconductor device described in this embodiment can substantially equalize the oscillation frequency corresponding to specific data, so that the accuracy of the oscillation frequency can be improved.

また、導電膜350cは、図9(B)において列方向に延伸して設けられており、回路104[2]において絶縁膜317および絶縁膜316に設けられた開口部を介してトランジスタ105[2]のソース電極またはドレイン電極の一方と電気的に接続される。また、図9に示す回路はm=2の場合について例示しているので、導電膜350cの一方は、開口部を介してトランジスタ105[1]とコンタクトを取ったところで途切れている。つまり、導電膜350cは、先の実施の形態に示す配線BLとして機能する。   The conductive film 350c is provided to extend in the column direction in FIG. 9B, and the transistor 105 [2] is formed through an opening provided in the insulating film 317 and the insulating film 316 in the circuit 104 [2]. ] Is electrically connected to one of the source electrode and the drain electrode. Further, since the circuit illustrated in FIG. 9 illustrates the case where m = 2, one of the conductive films 350c is disconnected when the transistor 105 [1] is contacted through the opening. That is, the conductive film 350c functions as the wiring BL described in the above embodiment.

導電膜350a乃至導電膜350cは、導電膜328aおよび導電膜328bに用いることができる上記の材料を用いて形成することができる。   The conductive films 350a to 350c can be formed using any of the above materials that can be used for the conductive films 328a and 328b.

以上のような構成とすることにより、本実施の形態に示す半導体装置は、新規の回路構成を提供することができる。または、本実施の形態に示す半導体装置は、発振周波数を切り替えること、又はそれを実現可能な回路構成を提供することができる。または、本実施の形態に示す半導体装置は、発振周波数の精度を向上させること、又はそれを実現可能な回路構成を提供することができる。   With the above structure, the semiconductor device described in this embodiment can provide a novel circuit structure. Alternatively, the semiconductor device described in this embodiment can switch an oscillation frequency or provide a circuit configuration capable of realizing it. Alternatively, the semiconductor device described in this embodiment can improve the accuracy of the oscillation frequency or provide a circuit configuration capable of realizing it.

なお、導電膜350aと不純物領域320aの接続では、絶縁膜の開口部と導電膜を繰り返して形成したが、本実施の形態に示す半導体装置はこれに限られるものではない。例えば、絶縁膜317乃至絶縁膜311に一括で開口部を形成し、導電膜350aと不純物領域320aを直接接続するような構成としてもよい。また、これは、回路104の他の開口部と導電膜についても同様のことが言える。   Note that in the connection between the conductive film 350a and the impurity region 320a, the opening of the insulating film and the conductive film are formed repeatedly; however, the semiconductor device described in this embodiment is not limited thereto. For example, an opening may be formed in the insulating films 317 to 311 at once and the conductive film 350a and the impurity region 320a may be directly connected. The same applies to the other openings of the circuit 104 and the conductive film.

また、容量素子108[1]において、第2の端子として機能する導電膜334を第1の端子として機能する導電膜344aの下に設けたが、本実施の形態に示す半導体装置はこれに限られるものではない。例えば、導電膜344aの上に第2の端子として機能する導電膜を設け、絶縁膜316を誘電体として用いる構成としてもよい。   In the capacitor 108 [1], the conductive film 334 functioning as the second terminal is provided below the conductive film 344a functioning as the first terminal; however, the semiconductor device described in this embodiment is not limited to this. Is not something For example, a conductive film functioning as a second terminal may be provided over the conductive film 344a and the insulating film 316 may be used as a dielectric.

また、図10では、トランジスタ105[1]が、ゲート電極348に対応したチャネル形成領域を有する場合を例示している。しかし、トランジスタ105[1]は、電気的に接続された複数のゲート電極を有することで、一の活性層にチャネル形成領域を複数有する、マルチゲート構造であっても良い。また、本実施の形態では、トランジスタ105とトランジスタ106およびトランジスタ107とが、重畳しない構成となっているが、本実施の形態に示す半導体装置はこれに限られるものではなく、トランジスタ105とトランジスタ106および/またはトランジスタ107とが、重畳する構成としてもよい。また、本実施の形態では、トランジスタ105のチャネル長方向とトランジスタ106およびトランジスタ107のチャネル長方向とが、平行な構成となっているが、本実施の形態に示す半導体装置はこれに限られるものではなく、トランジスタ105のチャネル長方向とトランジスタ106およびトランジスタ107のチャネル長方向とが、平行にならない構成としてもよい。   FIG. 10 illustrates the case where the transistor 105 [1] includes a channel formation region corresponding to the gate electrode 348. However, the transistor 105 [1] may have a multi-gate structure in which a plurality of channel formation regions are included in one active layer by including a plurality of electrically connected gate electrodes. In this embodiment, the transistor 105, the transistor 106, and the transistor 107 do not overlap with each other; however, the semiconductor device described in this embodiment is not limited to this, and the transistor 105, the transistor 106, and the like. Alternatively, the transistor 107 may overlap with the transistor 107. In this embodiment, the channel length direction of the transistor 105 and the channel length directions of the transistors 106 and 107 are parallel to each other; however, the semiconductor device described in this embodiment is limited to this. Instead, the channel length direction of the transistor 105 and the channel length directions of the transistors 106 and 107 may not be parallel to each other.

〈トランジスタについて〉
次いで、酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタ90の構成例について説明する。
<About the transistor>
Next, a structural example of the transistor 90 having a channel formation region in an oxide semiconductor film is described.

図11に、酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタ90の構成を、一例として示す。図11(A)には、トランジスタ90の上面図を示す。なお、図11(A)では、トランジスタ90のレイアウトを明確にするために、各種の絶縁膜を省略している。また、図11(A)に示した上面図の、一点鎖線A1−A2における断面図を図11(B)に示し、一点鎖線A3−A4における断面図を図11(C)に示す。   FIG. 11 illustrates an example of a structure of the transistor 90 including a channel formation region in an oxide semiconductor film. FIG. 11A shows a top view of the transistor 90. Note that in FIG. 11A, various insulating films are omitted in order to clarify the layout of the transistor 90. 11A is a cross-sectional view taken along one-dot chain line A1-A2 in the top view shown in FIG. 11A, and FIG. 11C is a cross-sectional view taken along one-dot chain line A3-A4.

図11に示すように、トランジスタ90は、基板97に形成された絶縁膜91上において順に積層された酸化物半導体膜92a及び酸化物半導体膜92bと、酸化物半導体膜92bに電気的に接続され、ソース電極またはドレイン電極としての機能を有する導電膜93及び導電膜94と、酸化物半導体膜92b、導電膜93及び導電膜94上の酸化物半導体膜92cと、ゲート絶縁膜としての機能を有し、なおかつ酸化物半導体膜92c上に位置する絶縁膜95と、ゲート電極としての機能を有し、なおかつ絶縁膜95上において酸化物半導体膜92a乃至酸化物半導体膜92cと重なる導電膜96とを有する。なお、基板97は、ガラス基板や半導体基板などであってもよいし、ガラス基板や半導体基板上に半導体素子が形成された素子基板であってもよい。   As illustrated in FIG. 11, the transistor 90 is electrically connected to the oxide semiconductor film 92b and the oxide semiconductor film 92b which are sequentially stacked over the insulating film 91 formed over the substrate 97. The conductive film 93 and the conductive film 94 functioning as a source electrode or a drain electrode, the oxide semiconductor film 92b, the conductive film 93, the oxide semiconductor film 92c over the conductive film 94, and the function as a gate insulating film. In addition, an insulating film 95 located over the oxide semiconductor film 92c and a conductive film 96 which functions as a gate electrode and overlaps with the oxide semiconductor films 92a to 92c over the insulating film 95 are provided. Have. The substrate 97 may be a glass substrate, a semiconductor substrate, or the like, or an element substrate in which a semiconductor element is formed on a glass substrate or a semiconductor substrate.

ここで、トランジスタ90は、上述のトランジスタ105と対応しており、絶縁膜91は絶縁膜315と、酸化物半導体膜92a乃至酸化物半導体膜92cは酸化物半導体膜340と、導電膜93および導電膜94は導電膜344aおよび導電膜344bと、絶縁膜95はゲート絶縁膜346と、導電膜96はゲート電極348と、が対応する。   Here, the transistor 90 corresponds to the above-described transistor 105, the insulating film 91 is the insulating film 315, the oxide semiconductor films 92a to 92c are the oxide semiconductor film 340, the conductive film 93, and the conductive film. The film 94 corresponds to the conductive films 344a and 344b, the insulating film 95 corresponds to the gate insulating film 346, and the conductive film 96 corresponds to the gate electrode 348.

また、トランジスタ90の、具体的な構成の別の一例を、図12に示す。図12(A)には、トランジスタ90の上面図を示す。なお、図12(A)では、トランジスタ90のレイアウトを明確にするために、各種の絶縁膜を省略している。また、図12(A)に示した上面図の、一点鎖線A1−A2における断面図を図12(B)に示し、一点鎖線A3−A4における断面図を図12(C)に示す。   Another example of a specific structure of the transistor 90 is illustrated in FIG. 12A is a top view of the transistor 90. FIG. Note that in FIG. 12A, various insulating films are omitted in order to clarify the layout of the transistor 90. 12B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line A1-A2 in the top view of FIG. 12A, and FIG. 12C is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line A3-A4.

図12に示すように、トランジスタ90は、絶縁膜91上において順に積層された酸化物半導体膜92a乃至酸化物半導体膜92cと、酸化物半導体膜92cに電気的に接続され、ソース電極またはドレイン電極としての機能を有する導電膜93及び導電膜94と、ゲート絶縁膜としての機能を有し、なおかつ酸化物半導体膜92c、導電膜93及び導電膜94上に位置する絶縁膜95と、ゲート電極としての機能を有し、なおかつ絶縁膜95上において酸化物半導体膜92a乃至酸化物半導体膜92cと重なる導電膜96とを有する。   As illustrated in FIG. 12, the transistor 90 includes an oxide semiconductor film 92a to an oxide semiconductor film 92c that are sequentially stacked over the insulating film 91, and the oxide semiconductor film 92c, which is electrically connected to the source electrode or the drain electrode. As the gate electrode, the conductive film 93 and the conductive film 94 having functions as the above, and the gate insulating film 95c serving as the gate insulating film and also over the oxide semiconductor film 92c, the conductive film 93, and the conductive film 94 are provided. And the conductive film 96 which overlaps with the oxide semiconductor films 92a to 92c over the insulating film 95.

なお、図11及び図12では、積層された酸化物半導体膜92a乃至酸化物半導体膜92cを用いるトランジスタ90の構成を例示している。トランジスタ90が有する酸化物半導体膜は、積層された複数の酸化物半導体膜で構成されているとは限らず、単膜の酸化物半導体膜で構成されていても良い。   11 and 12 illustrate the structure of the transistor 90 including the stacked oxide semiconductor films 92a to 92c. The oxide semiconductor film included in the transistor 90 is not necessarily formed using a plurality of stacked oxide semiconductor films, and may be formed using a single oxide semiconductor film.

酸化物半導体膜92a乃至酸化物半導体膜92cが順に積層されている半導体膜をトランジスタ90が有する場合、酸化物半導体膜92a及び酸化物半導体膜92cは、酸化物半導体膜92bを構成する金属元素の少なくとも1つを、その構成要素に含み、伝導帯下端のエネルギーが酸化物半導体膜92bよりも0.05eV以上、0.07eV以上、0.1eV以上または0.15eV以上、かつ2eV以下、1eV以下、0.5eV以下または0.4eV以下、真空準位に近い酸化物膜である。さらに、酸化物半導体膜92bは、少なくともインジウムを含むと、キャリア移動度が高くなるため好ましい。   In the case where the transistor 90 includes a semiconductor film in which the oxide semiconductor films 92a to 92c are sequentially stacked, the oxide semiconductor film 92a and the oxide semiconductor film 92c are formed of the metal element included in the oxide semiconductor film 92b. The energy of the lower end of the conduction band is 0.05 eV or more, 0.07 eV or more, 0.1 eV or more, 0.15 eV or more, and 2 eV or less, 1 eV or less than that of the oxide semiconductor film 92b. , 0.5 eV or less or 0.4 eV or less, and an oxide film close to a vacuum level. Further, the oxide semiconductor film 92b preferably contains at least indium because carrier mobility is increased.

上記構成の半導体膜をトランジスタ90が有する場合、ゲート電極に電圧を印加することで、半導体膜に電界が加わると、半導体膜のうち、伝導帯下端のエネルギーが小さい酸化物半導体膜92bにチャネル領域が形成される。即ち、酸化物半導体膜92bと絶縁膜95との間に酸化物半導体膜92cが設けられていることによって、絶縁膜95と離隔している酸化物半導体膜92bに、チャネル領域を形成することができる。   In the case where the transistor 90 includes the semiconductor film having the above structure, when an electric field is applied to the semiconductor film by applying a voltage to the gate electrode, a channel region is formed in the oxide semiconductor film 92b having a small energy at the bottom of the conduction band. Is formed. That is, by providing the oxide semiconductor film 92 c between the oxide semiconductor film 92 b and the insulating film 95, a channel region can be formed in the oxide semiconductor film 92 b separated from the insulating film 95. it can.

また、酸化物半導体膜92cは、酸化物半導体膜92bを構成する金属元素の少なくとも1つをその構成要素に含むため、酸化物半導体膜92bと酸化物半導体膜92cの界面では、界面散乱が起こりにくい。従って、当該界面においてキャリアの動きが阻害されにくいため、トランジスタ90の電界効果移動度が高くなる。   In addition, since the oxide semiconductor film 92c includes at least one of metal elements included in the oxide semiconductor film 92b as a constituent element, interface scattering occurs at the interface between the oxide semiconductor film 92b and the oxide semiconductor film 92c. Hateful. Accordingly, since the movement of carriers at the interface is difficult to be inhibited, the field effect mobility of the transistor 90 is increased.

また、酸化物半導体膜92bと酸化物半導体膜92aの界面に界面準位が形成されると、界面近傍の領域にもチャネル領域が形成されるために、トランジスタ90の閾値電圧が変動してしまう。しかし、酸化物半導体膜92aは、酸化物半導体膜92bを構成する金属元素の少なくとも1つをその構成要素に含むため、酸化物半導体膜92bと酸化物半導体膜92aの界面には、界面準位が形成されにくい。よって、上記構成により、トランジスタ90の閾値電圧等の電気的特性のばらつきを、低減することができる。   In addition, when an interface state is formed at the interface between the oxide semiconductor film 92b and the oxide semiconductor film 92a, a channel region is also formed in a region near the interface, so that the threshold voltage of the transistor 90 varies. . However, since the oxide semiconductor film 92a includes at least one metal element included in the oxide semiconductor film 92b as a component, the interface state between the oxide semiconductor film 92b and the oxide semiconductor film 92a is Is difficult to form. Thus, with the above structure, variation in electrical characteristics such as the threshold voltage of the transistor 90 can be reduced.

また、酸化物半導体膜間に不純物が存在することによって、各膜の界面にキャリアの流れを阻害する界面準位が形成されることがないよう、複数の酸化物半導体膜を積層させることが望ましい。積層された酸化物半導体膜の膜間に不純物が存在していると、酸化物半導体膜間における伝導帯下端のエネルギーの連続性が失われ、界面近傍において、キャリアがトラップされるか、あるいは再結合により消滅してしまうからである。膜間における不純物を低減させることで、主成分である一の金属を少なくとも共に有する複数の酸化物半導体膜を、単に積層させるよりも、連続接合(ここでは特に伝導帯下端のエネルギーが各膜の間で連続的に変化するU字型の井戸構造を有している状態)が形成されやすくなる。   In addition, it is preferable to stack a plurality of oxide semiconductor films so that an interface state that inhibits the flow of carriers is not formed at the interface of each film due to the presence of impurities between the oxide semiconductor films. . If impurities exist between the stacked oxide semiconductor films, the continuity of the energy at the bottom of the conduction band between the oxide semiconductor films is lost, and carriers are trapped or re-entered near the interface. This is because the bonds disappear. By reducing the impurities between the films, a plurality of oxide semiconductor films having at least one metal as a main component together are simply stacked rather than simply stacked (here, the energy at the lower end of the conduction band is particularly high in each film). A state of having a U-shaped well structure that continuously changes between them).

連続接合を形成するためには、ロードロック室を備えたマルチチャンバー方式の成膜装置(スパッタリング装置)を用いて各膜を大気に触れさせることなく連続して積層することが必要となる。スパッタリング装置における各チャンバーは、酸化物半導体にとって不純物となる水等を可能な限り除去すべくクライオポンプのような吸着式の真空排気ポンプを用いて高真空排気(5×10−7Pa乃至1×10−4Pa程度まで)することが好ましい。または、ターボ分子ポンプとコールドトラップを組み合わせて排気系からチャンバー内に気体が逆流しないようにしておくことが好ましい。 In order to form a continuous bond, it is necessary to use a multi-chamber type film forming apparatus (sputtering apparatus) provided with a load lock chamber to continuously laminate each film without exposure to the atmosphere. Each chamber in the sputtering apparatus is evacuated (5 × 10 −7 Pa to 1 ×) using an adsorption-type evacuation pump such as a cryopump so as to remove as much water as possible from the oxide semiconductor. It is preferable to be up to about 10 −4 Pa. Alternatively, it is preferable to combine a turbo molecular pump and a cold trap so that gas does not flow backward from the exhaust system into the chamber.

高純度の真性な酸化物半導体を得るためには、各チャンバー内を高真空排気するのみならず、スパッタリングに用いるガスの高純度化も重要である。上記ガスとして用いる酸素ガスやアルゴンガスの露点を、−40℃以下、好ましくは−80℃以下、より好ましくは−100℃以下とし、使用するガスの高純度化を図ることで、酸化物半導体膜に水分等が取り込まれることを可能な限り防ぐことができる。具体的に、酸化物半導体膜92bがIn−M−Zn酸化物(Mは、Ga、Y、Zr、La、Ce、またはNd)の場合、酸化物半導体膜92bを成膜するために用いるターゲットにおいて、金属元素の原子数比をIn:M:Zn=x:y:zとすると/yは、1/3以上6以下、さらには1以上6以下であって、z/yは、1/3以上6以下、さらには1以上6以下であることが好ましい。なお、z/yを1以上6以下とすることで、酸化物半導体膜92bとしてCAAC−OS膜が形成されやすくなる。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=3:1:2等がある。 In order to obtain a high-purity intrinsic oxide semiconductor, it is important not only to evacuate each chamber to a high vacuum but also to increase the purity of a gas used for sputtering. The dew point of oxygen gas or argon gas used as the gas is −40 ° C. or lower, preferably −80 ° C. or lower, more preferably −100 ° C. or lower, and the oxide semiconductor film is made highly purified by purifying the gas used. It is possible to prevent moisture and the like from being taken into the body as much as possible. Specifically, when the oxide semiconductor film 92b is an In-M-Zn oxide (M is Ga, Y, Zr, La, Ce, or Nd), a target used to form the oxide semiconductor film 92b In the case where the atomic ratio of the metal element is In: M: Zn = x 1 : y 1 : z 1 , x 1 / y 1 is 1/3 or more and 6 or less, further 1 or more and 6 or less, z 1 / y 1 is preferably 1/3 or more and 6 or less, and more preferably 1 or more and 6 or less. Note that when z 1 / y 1 is greater than or equal to 1 and less than or equal to 6, a CAAC-OS film is easily formed as the oxide semiconductor film 92b. Typical examples of the atomic ratio of the target metal element include In: M: Zn = 1: 1: 1, In: M: Zn = 3: 1: 2.

具体的に、酸化物半導体膜92a、酸化物半導体膜92cがIn−M−Zn酸化物(Mは、Ga、Y、Zr、La、Ce、またはNd)の場合、酸化物半導体膜92a、酸化物半導体膜92cを成膜するために用いるターゲットにおいて、金属元素の原子数比をIn:M:Zn=x:y:zとすると/y<x/yであって、z/yは、1/3以上6以下、さらには1以上6以下であることが好ましい。なお、z/yを1以上6以下とすることで、酸化物半導体膜92a、酸化物半導体膜92cとしてCAAC−OS膜が形成されやすくなる。ターゲットの金属元素の原子数比の代表例としては、In:M:Zn=1:3:2、In:M:Zn=1:3:4、In:M:Zn=1:3:6、In:M:Zn=1:3:8等がある。 Specifically, when the oxide semiconductor film 92a and the oxide semiconductor film 92c are In-M-Zn oxide (M is Ga, Y, Zr, La, Ce, or Nd), the oxide semiconductor film 92a and the oxide semiconductor film 92a are oxidized. In the target used for forming the physical semiconductor film 92c, if the atomic ratio of metal elements is In: M: Zn = x 2 : y 2 : z 2 , x 2 / y 2 <x 1 / y 1 In addition, z 2 / y 2 is preferably 1/3 or more and 6 or less, and more preferably 1 or more and 6 or less. Note that by setting z 2 / y 2 to 1 to 6, a CAAC-OS film can be easily formed as the oxide semiconductor film 92a and the oxide semiconductor film 92c. As typical examples of the atomic ratio of the target metal element, In: M: Zn = 1: 3: 2, In: M: Zn = 1: 3: 4, In: M: Zn = 1: 3: 6, In: M: Zn = 1: 3: 8 and the like.

なお、酸化物半導体膜92a及び酸化物半導体膜92cの厚さは、3nm以上100nm以下、好ましくは3nm以上50nm以下とする。また、酸化物半導体膜92bの厚さは、3nm以上200nm以下、好ましくは3nm以上100nm以下であり、さらに好ましくは3nm以上50nm以下である。   Note that the thickness of the oxide semiconductor film 92a and the oxide semiconductor film 92c is 3 nm to 100 nm, preferably 3 nm to 50 nm. The thickness of the oxide semiconductor film 92b is 3 nm to 200 nm, preferably 3 nm to 100 nm, and more preferably 3 nm to 50 nm.

3層構造の半導体膜において、酸化物半導体膜92a乃至酸化物半導体膜92cは、非晶質または結晶質の両方の形態を取りうる。ただし、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜92bが結晶質であることにより、トランジスタ90に安定した電気的特性を付与することができるため、酸化物半導体膜92bは結晶質であることが好ましい。   In the three-layer semiconductor film, the oxide semiconductor film 92a to the oxide semiconductor film 92c can be either amorphous or crystalline. Note that the oxide semiconductor film 92b is preferably crystalline because the oxide semiconductor film 92b in which the channel region is formed is crystalline, so that stable electrical characteristics can be imparted to the transistor 90. .

なお、チャネル形成領域とは、トランジスタ90の半導体膜のうち、ゲート電極と重なり、かつソース電極とドレイン電極に挟まれる領域を意味する。また、チャネル領域とは、チャネル形成領域において、電流が主として流れる領域をいう。   Note that the channel formation region means a region of the semiconductor film of the transistor 90 that overlaps with the gate electrode and is sandwiched between the source electrode and the drain electrode. The channel region refers to a region where current mainly flows in the channel formation region.

例えば、酸化物半導体膜92a及び酸化物半導体膜92cとして、スパッタリング法により形成したIn−Ga−Zn酸化物膜を用いる場合、酸化物半導体膜92a及び酸化物半導体膜92cの成膜には、In−Ga−Zn酸化物(In:Ga:Zn=1:3:2[原子数比])であるターゲットを用いることができる。成膜条件は、例えば、成膜ガスとしてアルゴンガスを30sccm、酸素ガスを15sccm用い、圧力0.4Paとし、基板温度を200℃とし、DC電力0.5kWとすればよい。   For example, in the case where an In—Ga—Zn oxide film formed by a sputtering method is used as the oxide semiconductor film 92a and the oxide semiconductor film 92c, the oxide semiconductor film 92a and the oxide semiconductor film 92c are formed using In. A target that is -Ga-Zn oxide (In: Ga: Zn = 1: 3: 2 [atomic ratio]) can be used. The film forming conditions may be, for example, 30 sccm of argon gas and 15 sccm of oxygen gas, a pressure of 0.4 Pa, a substrate temperature of 200 ° C., and a DC power of 0.5 kW.

また、酸化物半導体膜92bをCAAC−OS膜とする場合、酸化物半導体膜92bの成膜には、In−Ga−Zn酸化物(In:Ga:Zn=1:1:1[原子数比])を含む多結晶ターゲットを用いることが好ましい。成膜条件は、例えば、成膜ガスとしてアルゴンガスを30sccm、酸素ガスを15sccm用い、圧力を0.4Paとし、基板の温度300℃とし、DC電力0.5kWとすることができる。   In the case where the oxide semiconductor film 92b is a CAAC-OS film, the oxide semiconductor film 92b is formed using an In—Ga—Zn oxide (In: Ga: Zn = 1: 1: 1 [atomic ratio] ]) Is preferably used. The film forming conditions may be, for example, an argon gas of 30 sccm and an oxygen gas of 15 sccm as a film forming gas, a pressure of 0.4 Pa, a substrate temperature of 300 ° C., and a DC power of 0.5 kW.

なお、酸化物半導体膜92a乃至92cは、スパッタリング法により形成することができるが、他の方法、例えば、熱CVD法により形成してもよい。熱CVD法の例としてMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法やALD(Atomic Layer Deposition)法を使っても良い。   Note that the oxide semiconductor films 92a to 92c can be formed by a sputtering method, but may be formed by another method, for example, a thermal CVD method. As an example of the thermal CVD method, an MOCVD (Metal Organic Chemical Deposition) method or an ALD (Atomic Layer Deposition) method may be used.

なお、電子供与体(ドナー)となる水分または水素などの不純物が低減され、なおかつ酸素欠損が低減されることにより高純度化された酸化物半導体(purified Oxide Semiconductor)は、キャリア発生源が少ないため、i型(真性半導体)又はi型に限りなく近くすることができる。そのため、高純度化された酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタは、オフ電流が著しく小さく、信頼性が高い。そして、当該酸化物半導体膜にチャネル形成領域が形成されるトランジスタは、閾値電圧がプラスとなる電気的特性(ノーマリーオフ特性ともいう。)になりやすい。   Note that an oxide semiconductor purified by reduction of impurities such as moisture or hydrogen which serves as an electron donor (donor) and oxygen vacancies are reduced because there are few carrier generation sources. , I-type (intrinsic semiconductor) or i-type. Therefore, a transistor including a channel formation region in a highly purified oxide semiconductor film has extremely low off-state current and high reliability. A transistor in which a channel formation region is formed in the oxide semiconductor film tends to have electrical characteristics (also referred to as normally-off characteristics) in which the threshold voltage is positive.

不純物元素を低減することで、このような高純度化された酸化物半導体膜は膜中のキャリア密度が低減されている。膜中のキャリア密度は、例えば、1×1017個/cm以下、又は1×1015個/cm以下、又は1×1013個/cm以下、又は8×1011個/cm以下、とすることができる。より好ましくは、キャリア密度を8×1011個/cm未満、1×1011個/cm未満、さらに好ましくは1×1010個/cm未満とし、1×10−9個/cm以上とすることができる。 By reducing the impurity element, the carrier density in the highly purified oxide semiconductor film is reduced. The carrier density in the film is, for example, 1 × 10 17 pieces / cm 3 or less, or 1 × 10 15 pieces / cm 3 or less, or 1 × 10 13 pieces / cm 3 or less, or 8 × 10 11 pieces / cm 3. The following can be used. More preferably, the carrier density is less than 8 × 10 11 pieces / cm 3, less than 1 × 10 11 pieces / cm 3 , and further preferably less than 1 × 10 10 pieces / cm 3 , and 1 × 10 −9 pieces / cm 3. This can be done.

具体的に、高純度化された酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタのオフ電流が小さいことは、いろいろな実験により証明できる。例えば、チャネル幅が1×10μmでチャネル長が10μmの素子であっても、ソース電極とドレイン電極間の電圧(ドレイン電圧)が1Vから10Vの範囲において、オフ電流が、半導体パラメータアナライザの測定限界以下、すなわち1×10−13A以下という特性を得ることができる。この場合、トランジスタのチャネル幅で規格化したオフ電流は、100zA/μm以下であることが分かる。また、容量素子とトランジスタとを接続して、容量素子に流入または容量素子から流出する電荷を当該トランジスタで制御する回路を用いて、オフ電流の測定を行った。当該測定では、高純度化された酸化物半導体膜を上記トランジスタのチャネル形成領域に用い、容量素子の単位時間あたりの電荷量の推移から当該トランジスタのオフ電流を測定した。その結果、トランジスタのソース電極とドレイン電極間の電圧が3Vの場合に、数十yA/μmという、さらに小さいオフ電流が得られることが分かった。従って、高純度化された酸化物半導体膜をチャネル形成領域に用いたトランジスタは、オフ電流が、結晶性を有するシリコンを用いたトランジスタに比べて著しく小さい。 Specifically, it can be proved by various experiments that the off-state current of a transistor including a channel formation region in a highly purified oxide semiconductor film is small. For example, even in an element having a channel width of 1 × 10 6 μm and a channel length of 10 μm, when the voltage between the source electrode and the drain electrode (drain voltage) is in the range of 1V to 10V, It is possible to obtain characteristics that are below the measurement limit, that is, 1 × 10 −13 A or less. In this case, it can be seen that the off-current normalized by the channel width of the transistor is 100 zA / μm or less. In addition, off-state current was measured using a circuit in which a capacitor and a transistor were connected and charge flowing into or out of the capacitor was controlled by the transistor. In this measurement, a highly purified oxide semiconductor film was used for a channel formation region of the transistor, and the off-state current of the transistor was measured from the change in charge amount per unit time of the capacitor. As a result, it was found that when the voltage between the source electrode and the drain electrode of the transistor is 3 V, an even smaller off current of several tens of yA / μm can be obtained. Therefore, a transistor using a highly purified oxide semiconductor film for a channel formation region has significantly lower off-state current than a transistor using crystalline silicon.

なお、半導体膜として酸化物半導体膜を用いる場合、酸化物半導体としては、少なくともインジウム(In)あるいは亜鉛(Zn)を含むことが好ましい。また、該酸化物半導体を用いたトランジスタの電気的特性のばらつきを減らすためのスタビライザーとして、それらに加えてガリウム(Ga)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてスズ(Sn)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてハフニウム(Hf)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてアルミニウム(Al)を有することが好ましい。また、スタビライザーとしてジルコニウム(Zr)を含むことが好ましい。   Note that in the case where an oxide semiconductor film is used as the semiconductor film, the oxide semiconductor preferably contains at least indium (In) or zinc (Zn). In addition, it is preferable that gallium (Ga) be included in addition to the stabilizer for reducing variation in electrical characteristics of the transistor including the oxide semiconductor. Moreover, it is preferable to have tin (Sn) as a stabilizer. Moreover, it is preferable to have hafnium (Hf) as a stabilizer. Moreover, it is preferable to have aluminum (Al) as a stabilizer. Moreover, it is preferable that zirconium (Zr) is included as a stabilizer.

酸化物半導体の中でもIn−Ga−Zn酸化物、In−Sn−Zn酸化物などは、炭化シリコン、窒化ガリウム、または酸化ガリウムとは異なり、スパッタリング法や湿式法により電気的特性の優れたトランジスタを作製することが可能であり、量産性に優れるといった利点がある。また、炭化シリコン、窒化ガリウム、または酸化ガリウムとは異なり、上記In−Ga−Zn酸化物は、ガラス基板上に、電気的特性の優れたトランジスタを作製することが可能である。また、基板の大型化にも対応が可能である。   Among oxide semiconductors, In-Ga-Zn oxide, In-Sn-Zn oxide, and the like are different from silicon carbide, gallium nitride, or gallium oxide, transistors having excellent electrical characteristics can be formed by a sputtering method or a wet method. There is an advantage that it can be manufactured and is excellent in mass productivity. Further, unlike silicon carbide, gallium nitride, or gallium oxide, the In—Ga—Zn oxide can form a transistor with excellent electrical characteristics over a glass substrate. In addition, it is possible to cope with an increase in the size of the substrate.

また、他のスタビライザーとして、ランタノイドである、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、ルテチウム(Lu)のいずれか一種または複数種を含んでいてもよい。   As other stabilizers, lanthanoids such as lanthanum (La), cerium (Ce), praseodymium (Pr), neodymium (Nd), samarium (Sm), europium (Eu), gadolinium (Gd), terbium (Tb) , Dysprosium (Dy), holmium (Ho), erbium (Er), thulium (Tm), ytterbium (Yb), or lutetium (Lu) may be included.

例えば、酸化物半導体として、酸化インジウム、酸化ガリウム、酸化スズ、酸化亜鉛、In−Zn酸化物、Sn−Zn酸化物、Al−Zn酸化物、Zn−Mg酸化物、Sn−Mg酸化物、In−Mg酸化物、In−Ga酸化物、In−Ga−Zn酸化物(IGZOとも表記する)、In−Al−Zn酸化物、In−Sn−Zn酸化物、Sn−Ga−Zn酸化物、Al−Ga−Zn酸化物、Sn−Al−Zn酸化物、In−Hf−Zn酸化物、In−La−Zn酸化物、In−Pr−Zn酸化物、In−Nd−Zn酸化物、In−Ce−Zn酸化物、In−Sm−Zn酸化物、In−Eu−Zn酸化物、In−Gd−Zn酸化物、In−Tb−Zn酸化物、In−Dy−Zn酸化物、In−Ho−Zn酸化物、In−Er−Zn酸化物、In−Tm−Zn酸化物、In−Yb−Zn酸化物、In−Lu−Zn酸化物、In−Sn−Ga−Zn酸化物、In−Hf−Ga−Zn酸化物、In−Al−Ga−Zn酸化物、In−Sn−Al−Zn酸化物、In−Sn−Hf−Zn酸化物、In−Hf−Al−Zn酸化物を用いることができる。   For example, as an oxide semiconductor, indium oxide, gallium oxide, tin oxide, zinc oxide, In-Zn oxide, Sn-Zn oxide, Al-Zn oxide, Zn-Mg oxide, Sn-Mg oxide, In -Mg oxide, In-Ga oxide, In-Ga-Zn oxide (also expressed as IGZO), In-Al-Zn oxide, In-Sn-Zn oxide, Sn-Ga-Zn oxide, Al -Ga-Zn oxide, Sn-Al-Zn oxide, In-Hf-Zn oxide, In-La-Zn oxide, In-Pr-Zn oxide, In-Nd-Zn oxide, In-Ce -Zn oxide, In-Sm-Zn oxide, In-Eu-Zn oxide, In-Gd-Zn oxide, In-Tb-Zn oxide, In-Dy-Zn oxide, In-Ho-Zn Oxide, In-Er-Zn oxide, In- m-Zn oxide, In-Yb-Zn oxide, In-Lu-Zn oxide, In-Sn-Ga-Zn oxide, In-Hf-Ga-Zn oxide, In-Al-Ga-Zn oxide In-Sn-Al-Zn oxide, In-Sn-Hf-Zn oxide, and In-Hf-Al-Zn oxide can be used.

なお、例えば、In−Ga−Zn酸化物とは、InとGaとZnを含む酸化物という意味であり、InとGaとZnの比率は問わない。また、InとGaとZn以外の金属元素を含んでいてもよい。In−Ga−Zn酸化物は、無電界時の抵抗が十分に高くオフ電流を十分に小さくすることが可能であり、また、移動度も高い。   Note that for example, an In—Ga—Zn oxide means an oxide containing In, Ga, and Zn, and there is no limitation on the ratio of In, Ga, and Zn. Moreover, metal elements other than In, Ga, and Zn may be included. An In—Ga—Zn oxide has sufficiently high resistance in the absence of an electric field and can have a sufficiently small off-state current, and has high mobility.

例えば、In−Sn−Zn酸化物では比較的容易に高い移動度が得られる。しかしながら、In−Ga−Zn酸化物でも、バルク内欠陥密度を低減することにより移動度を上げることができる。   For example, high mobility can be obtained relatively easily with an In—Sn—Zn oxide. However, mobility can be increased by reducing the defect density in the bulk also in the case of using the In—Ga—Zn oxide.

また、トランジスタ90において、ソース電極及びドレイン電極に用いられる導電性材料によっては、ソース電極及びドレイン電極中の金属が、酸化物半導体膜から酸素を引き抜くことがある。この場合、酸化物半導体膜のうち、ソース電極及びドレイン電極に接する領域が、酸素欠損の形成によりn型化される。n型化された領域は、ソース領域またはドレイン領域として機能するため、酸化物半導体膜とソース電極及びドレイン電極との間におけるコンタクト抵抗を下げることができる。よって、n型化された領域が形成されることで、トランジスタ90の移動度及びオン電流を高めることができ、それにより、トランジスタ90を用いた半導体装置の高速動作を実現することができる。   In the transistor 90, depending on the conductive material used for the source electrode and the drain electrode, the metal in the source electrode and the drain electrode might extract oxygen from the oxide semiconductor film. In this case, a region in contact with the source electrode and the drain electrode in the oxide semiconductor film is n-type due to formation of oxygen vacancies. Since the n-type region functions as a source region or a drain region, contact resistance between the oxide semiconductor film and the source and drain electrodes can be reduced. Thus, by forming the n-type region, the mobility and on-state current of the transistor 90 can be increased, whereby high-speed operation of the semiconductor device using the transistor 90 can be realized.

なお、ソース電極及びドレイン電極中の金属による酸素の引き抜きは、ソース電極及びドレイン電極をスパッタリング法などにより形成する際に起こりうるし、ソース電極及びドレイン電極を形成した後に行われる加熱処理によっても起こりうる。また、n型化される領域は、酸素と結合し易い導電性材料をソース電極及びドレイン電極に用いることで、より形成されやすくなる。上記導電性材料としては、例えば、Al、Cr、Cu、Ta、Ti、Mo、Wなどが挙げられる。   Note that extraction of oxygen by a metal in the source electrode and the drain electrode can occur when the source electrode and the drain electrode are formed by a sputtering method or the like, and can also occur by a heat treatment performed after the source electrode and the drain electrode are formed. . In addition, the n-type region is more easily formed by using a conductive material that is easily bonded to oxygen for the source electrode and the drain electrode. Examples of the conductive material include Al, Cr, Cu, Ta, Ti, Mo, and W.

複数の積層された酸化物半導体膜を有する半導体膜をトランジスタ90に用いる場合、n型化される領域は、チャネル領域となる酸化物半導体膜92bにまで達していることが、トランジスタ90の移動度及びオン電流を高め、半導体装置の高速動作を実現する上で好ましい。   In the case where a semiconductor film including a plurality of stacked oxide semiconductor films is used for the transistor 90, the mobility of the transistor 90 indicates that the n-type region reaches the oxide semiconductor film 92b serving as a channel region. Further, it is preferable for increasing the on-current and realizing high-speed operation of the semiconductor device.

絶縁膜91は、加熱により上記酸素の一部を酸化物半導体膜92a乃至酸化物半導体膜92cに供給する機能を有する絶縁膜であることが望ましい。また、絶縁膜91は、欠陥が少ないことが好ましく、代表的には、ESR測定により得られる、シリコンのダングリングボンドに由来するg=2.001を持つスピンの密度が1×1018spins/cm以下であることが好ましい。 The insulating film 91 is preferably an insulating film having a function of supplying part of the oxygen to the oxide semiconductor films 92a to 92c by heating. The insulating film 91 preferably has few defects. Typically, the density of a spin having g = 2.001 derived from a dangling bond of silicon obtained by ESR measurement is 1 × 10 18 spins / It is preferable that it is cm 3 or less.

絶縁膜91は、加熱により上記酸素の一部を酸化物半導体膜92a乃至酸化物半導体膜92cに供給する機能を有するため、酸化物であることが望ましく、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、酸化窒化珪素、窒化酸化珪素、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化ネオジム、酸化ハフニウムおよび酸化タンタルなどを用いることができる。絶縁膜91は、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法またはスパッタリング法等により、形成することができる。   The insulating film 91 is preferably an oxide because it has a function of supplying part of the oxygen to the oxide semiconductor films 92a to 92c by heating, for example, aluminum oxide, magnesium oxide, or silicon oxide. Silicon oxynitride, silicon nitride oxide, gallium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide, neodymium oxide, hafnium oxide, tantalum oxide, and the like can be used. The insulating film 91 can be formed by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a sputtering method, or the like.

なお、本明細書中において、酸化窒化物は、その組成として、窒素よりも酸素の含有量が多い材料を指し、窒化酸化物は、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多い材料を指す。   Note that in this specification, oxynitride refers to a material having a higher oxygen content than nitrogen as its composition, and nitride oxide refers to a material having a higher nitrogen content than oxygen as its composition. Point to.

なお、図11及び図12に示すトランジスタ90は、チャネル領域が形成される酸化物半導体膜92bの端部のうち、導電膜93及び導電膜94とは重ならない端部、言い換えると、導電膜93及び導電膜94が位置する領域とは異なる領域に位置する端部と、導電膜96とが、重なる構成を有する。酸化物半導体膜92bの端部は、当該端部を形成するためのエッチングでプラズマに曝されるときに、エッチングガスから生じた塩素ラジカル、フッ素ラジカル等が、酸化物半導体を構成する金属元素と結合しやすい。よって、酸化物半導体膜の端部では、当該金属元素と結合していた酸素が脱離しやすい状態にあるため、酸素欠損が形成され、n型化しやすいと考えられる。しかし、図11及び図12に示すトランジスタ90では、導電膜93及び導電膜94とは重ならない酸化物半導体膜92bの端部と、導電膜96とが重なるため、導電膜96の電位を制御することにより、当該端部にかかる電界を制御することができる。よって、酸化物半導体膜92bの端部を介して導電膜93と導電膜94の間に流れる電流を、導電膜96に与える電位によって制御することができる。このようなトランジスタ90の構造を、Surrounded Channel(S−Channel)構造とよぶ。   11 and 12 includes an end portion of the oxide semiconductor film 92b where a channel region is formed, that is, an end portion that does not overlap with the conductive film 93 and the conductive film 94, in other words, the conductive film 93. In addition, the conductive film 96 overlaps with an end portion located in a region different from the region where the conductive film 94 is located. When the end portion of the oxide semiconductor film 92b is exposed to plasma by etching for forming the end portion, chlorine radicals, fluorine radicals, and the like generated from the etching gas are formed with metal elements included in the oxide semiconductor. Easy to combine. Therefore, oxygen vacancies are formed in the end portion of the oxide semiconductor film because oxygen bonded to the metal element is easily released, so that it is considered that the oxide semiconductor film is likely to be n-type. However, in the transistor 90 illustrated in FIGS. 11 and 12, since the conductive film 96 overlaps with an end portion of the oxide semiconductor film 92b that does not overlap with the conductive films 93 and 94, the potential of the conductive film 96 is controlled. Thus, the electric field applied to the end can be controlled. Thus, the current flowing between the conductive film 93 and the conductive film 94 through the end portion of the oxide semiconductor film 92 b can be controlled by the potential applied to the conductive film 96. Such a structure of the transistor 90 is referred to as a Surrounded Channel (S-Channel) structure.

具体的に、S−Channel構造の場合、トランジスタ90がオフとなるような電位を導電膜96に与えたときは、当該端部を介して導電膜93と導電膜94の間に流れるオフ電流を小さく抑えることができる。そのため、トランジスタ90では、大きなオン電流を得るためにチャネル長を短くし、その結果、酸化物半導体膜92bの端部における導電膜93と導電膜94の間の長さが短くなっても、トランジスタ90のオフ電流を小さく抑えることができる。よって、トランジスタ90は、チャネル長を短くすることで、オンのときには大きいオン電流を得ることができ、オフのときにはオフ電流を小さく抑えることができる。   Specifically, in the case of the S-Channel structure, when a potential at which the transistor 90 is turned off is applied to the conductive film 96, an off-current that flows between the conductive film 93 and the conductive film 94 through the end portion is reduced. It can be kept small. Therefore, in the transistor 90, the channel length is shortened in order to obtain a large on-state current. As a result, even if the length between the conductive film 93 and the conductive film 94 at the end portion of the oxide semiconductor film 92b is shortened, the transistor 90 off-current can be kept small. Therefore, by shortening the channel length, the transistor 90 can obtain a large on-state current when turned on, and can keep the off-state current small when turned off.

また、具体的に、S−Channel構造の場合、トランジスタ90がオンとなるような電位を導電膜96に与えたときは、当該端部を介して導電膜93と導電膜94の間に流れる電流を大きくすることができる。当該電流は、トランジスタ90の電界効果移動度とオン電流の増大に寄与する。そして、酸化物半導体膜92bの端部と、導電膜96とが重なることで、酸化物半導体膜92bにおいてキャリアの流れる領域が、絶縁膜95に近い酸化物半導体膜92bの界面近傍のみでなく、酸化物半導体膜92bの広い範囲においてキャリアが流れるため、トランジスタ90におけるキャリアの移動量が増加する。この結果、トランジスタ90のオン電流が大きくなる共に、電界効果移動度が高くなり、代表的には電界効果移動度が10cm/V・s以上、さらには20cm/V・s以上となる。なお、ここでの電界効果移動度は、酸化物半導体膜の物性値としての移動度の近似値ではなく、トランジスタの飽和領域における電流駆動力の指標であり、見かけ上の電界効果移動度である。 Specifically, in the case of the S-Channel structure, when a potential at which the transistor 90 is turned on is applied to the conductive film 96, a current that flows between the conductive film 93 and the conductive film 94 through the end portion. Can be increased. The current contributes to increase in field effect mobility and on-current of the transistor 90. In addition, since the end portion of the oxide semiconductor film 92b and the conductive film 96 overlap with each other, a region where carriers flow in the oxide semiconductor film 92b is not only near the interface of the oxide semiconductor film 92b close to the insulating film 95. Since carriers flow in a wide range of the oxide semiconductor film 92b, the amount of carrier movement in the transistor 90 increases. As a result, the on-state current of the transistor 90 is increased and the field effect mobility is increased. Typically, the field effect mobility is 10 cm 2 / V · s or more, and further 20 cm 2 / V · s or more. Note that the field-effect mobility here is not an approximate value of mobility as a physical property value of the oxide semiconductor film but an index of current driving force in the saturation region of the transistor and is an apparent field-effect mobility. .

以下では、酸化物半導体膜の構造について説明する。   Hereinafter, the structure of the oxide semiconductor film is described.

酸化物半導体膜は、単結晶酸化物半導体膜と非単結晶酸化物半導体膜とに大別される。非単結晶酸化物半導体膜とは、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、多結晶酸化物半導体膜、CAAC−OS(C Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor)膜などをいう。   An oxide semiconductor film is classified roughly into a single crystal oxide semiconductor film and a non-single crystal oxide semiconductor film. The non-single-crystal oxide semiconductor film refers to an amorphous oxide semiconductor film, a microcrystalline oxide semiconductor film, a polycrystalline oxide semiconductor film, a CAAC-OS (C Axis Crystalline Oxide Semiconductor) film, or the like.

非晶質酸化物半導体膜は、膜中における原子配列が不規則であり、結晶成分を有さない酸化物半導体膜である。微小領域においても結晶部を有さず、膜全体が完全な非晶質構造の酸化物半導体膜が典型である。   An amorphous oxide semiconductor film is an oxide semiconductor film having an irregular atomic arrangement in the film and having no crystal component. An oxide semiconductor film which has no crystal part even in a minute region and has a completely amorphous structure as a whole is typical.

微結晶酸化物半導体膜は、例えば、1nm以上10nm未満の大きさの微結晶(ナノ結晶ともいう。)を含む。従って、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも原子配列の規則性が高い。そのため、微結晶酸化物半導体膜は、非晶質酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。   The microcrystalline oxide semiconductor film includes a microcrystal (also referred to as nanocrystal) with a size greater than or equal to 1 nm and less than 10 nm, for example. Therefore, the microcrystalline oxide semiconductor film has higher regularity of atomic arrangement than the amorphous oxide semiconductor film. Therefore, a microcrystalline oxide semiconductor film has a feature that the density of defect states is lower than that of an amorphous oxide semiconductor film.

CAAC−OS膜は、複数の結晶部を有する酸化物半導体膜の一つであり、ほとんどの結晶部は、一辺が100nm未満の立方体内に収まる大きさである。従って、CAAC−OS膜に含まれる結晶部は、一辺が10nm未満、5nm未満または3nm未満の立方体内に収まる大きさの場合も含まれる。CAAC−OS膜は、微結晶酸化物半導体膜よりも欠陥準位密度が低いという特徴がある。CAAC−OS膜を透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)によって観察すると、結晶部同士の明確な境界、即ち結晶粒界(グレインバウンダリーともいう。)を確認することができない。そのため、CAAC−OS膜は、結晶粒界に起因する電子移動度の低下が起こりにくいといえる。   The CAAC-OS film is one of oxide semiconductor films having a plurality of crystal parts, and most of the crystal parts are large enough to fit in a cube whose one side is less than 100 nm. Therefore, the case where a crystal part included in the CAAC-OS film fits in a cube whose one side is less than 10 nm, less than 5 nm, or less than 3 nm is included. The CAAC-OS film is characterized by having a lower density of defect states than a microcrystalline oxide semiconductor film. When the CAAC-OS film is observed with a transmission electron microscope (TEM), a clear boundary between crystal parts, that is, a grain boundary (also referred to as a grain boundary) cannot be confirmed. Therefore, it can be said that the CAAC-OS film is unlikely to decrease in electron mobility due to crystal grain boundaries.

CAAC−OS膜を、試料面と概略平行な方向からTEMによって観察(断面TEM観察)すると、結晶部において、金属原子が層状に配列していることを確認できる。金属原子の各層は、CAAC−OS膜の膜を形成する面(被形成面ともいう。)または上面の凹凸を反映した形状であり、CAAC−OS膜の被形成面または上面と平行に配列する。   When the CAAC-OS film is observed by TEM (cross-sectional TEM observation) from a direction substantially parallel to the sample surface, it can be confirmed that metal atoms are arranged in layers in the crystal part. Each layer of metal atoms has a shape reflecting unevenness of a surface (also referred to as a formation surface) or an upper surface on which the CAAC-OS film is formed, and is arranged in parallel with the formation surface or the upper surface of the CAAC-OS film. .

本明細書において、「平行」とは、二つの直線が−10°以上10°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、−5°以上5°以下の場合も含まれる。また、「垂直」とは、二つの直線が80°以上100°以下の角度で配置されている状態をいう。従って、85°以上95°以下の場合も含まれる。   In this specification, “parallel” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of −10 ° to 10 °. Therefore, the case of −5 ° to 5 ° is also included. “Vertical” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 ° to 100 °. Therefore, the case of 85 ° to 95 ° is also included.

一方、CAAC−OS膜を、試料面と概略垂直な方向からTEMによって観察(平面TEM観察)すると、結晶部において、金属原子が三角形状または六角形状に配列していることを確認できる。しかしながら、異なる結晶部間で、金属原子の配列に規則性は見られない。   On the other hand, when the CAAC-OS film is observed by TEM (planar TEM observation) from a direction substantially perpendicular to the sample surface, it can be confirmed that metal atoms are arranged in a triangular shape or a hexagonal shape in the crystal part. However, there is no regularity in the arrangement of metal atoms between different crystal parts.

断面TEM観察および平面TEM観察より、CAAC−OS膜の結晶部は配向性を有していることがわかる。   From the cross-sectional TEM observation and the planar TEM observation, it is found that the crystal part of the CAAC-OS film has orientation.

CAAC−OS膜に対し、X線回折(XRD:X−Ray Diffraction)装置を用いて構造解析を行うと、例えばInGaZnOの結晶を有するCAAC−OS膜のout−of−plane法による解析では、回折角(2θ)が31°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、InGaZnOの結晶の(009)面に帰属されることから、CAAC−OS膜の結晶がc軸配向性を有し、c軸が被形成面または上面に概略垂直な方向を向いていることが確認できる。 When structural analysis is performed on a CAAC-OS film using an X-ray diffraction (XRD) apparatus, for example, in the analysis of a CAAC-OS film having an InGaZnO 4 crystal by an out-of-plane method, A peak may appear when the diffraction angle (2θ) is around 31 °. Since this peak is attributed to the (009) plane of the InGaZnO 4 crystal, the CAAC-OS film crystal has c-axis orientation, and the c-axis is in a direction substantially perpendicular to the formation surface or the top surface. Can be confirmed.

一方、CAAC−OS膜に対し、c軸に概略垂直な方向からX線を入射させるin−plane法による解析では、2θが56°近傍にピークが現れる場合がある。このピークは、InGaZnOの結晶の(110)面に帰属される。InGaZnOの単結晶酸化物半導体膜であれば、2θを56°近傍に固定し、試料面の法線ベクトルを軸(φ軸)として試料を回転させながら分析(φスキャン)を行うと、(110)面と等価な結晶面に帰属されるピークが6本観察される。これに対し、CAAC−OS膜の場合は、2θを56°近傍に固定してφスキャンした場合でも、明瞭なピークが現れない。 On the other hand, when the CAAC-OS film is analyzed by an in-plane method in which X-rays are incident from a direction substantially perpendicular to the c-axis, a peak may appear when 2θ is around 56 °. This peak is attributed to the (110) plane of the InGaZnO 4 crystal. In the case of a single crystal oxide semiconductor film of InGaZnO 4 , when 2θ is fixed in the vicinity of 56 ° and analysis (φ scan) is performed while rotating the sample with the normal vector of the sample surface as the axis (φ axis), Six peaks attributed to the crystal plane equivalent to the (110) plane are observed. On the other hand, in the case of a CAAC-OS film, a peak is not clearly observed even when φ scan is performed with 2θ fixed at around 56 °.

以上のことから、CAAC−OS膜では、異なる結晶部間ではa軸およびb軸の配向は不規則であるが、c軸配向性を有し、かつc軸が被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向を向いていることがわかる。従って、前述の断面TEM観察で確認された層状に配列した金属原子の各層は、結晶のab面に平行な面である。   From the above, in the CAAC-OS film, the orientation of the a-axis and the b-axis is irregular between different crystal parts, but the c-axis is aligned, and the c-axis is a normal line of the formation surface or the top surface. It can be seen that the direction is parallel to the vector. Therefore, each layer of metal atoms arranged in a layer shape confirmed by the above-mentioned cross-sectional TEM observation is a plane parallel to the ab plane of the crystal.

なお、結晶部は、CAAC−OS膜を成膜した際、または加熱処理などの結晶化処理を行った際に形成される。上述したように、結晶のc軸は、CAAC−OS膜の被形成面または上面の法線ベクトルに平行な方向に配向する。従って、例えば、CAAC−OS膜の形状をエッチングなどによって変化させた場合、結晶のc軸がCAAC−OS膜の被形成面または上面の法線ベクトルと平行にならないこともある。   Note that the crystal part is formed when a CAAC-OS film is formed or when crystallization treatment such as heat treatment is performed. As described above, the c-axis of the crystal is oriented in a direction parallel to the normal vector of the formation surface or the top surface of the CAAC-OS film. Therefore, for example, when the shape of the CAAC-OS film is changed by etching or the like, the c-axis of the crystal may not be parallel to the normal vector of the formation surface or the top surface of the CAAC-OS film.

また、CAAC−OS膜中の結晶化度が均一でなくてもよい。例えば、CAAC−OS膜の結晶部が、CAAC−OS膜の上面近傍からの結晶成長によって形成される場合、上面近傍の領域は、被形成面近傍の領域よりも結晶化度が高くなることがある。また、CAAC−OS膜に不純物を添加する場合、不純物が添加された領域の結晶化度が変化し、部分的に結晶化度の異なる領域が形成されることもある。   Further, the crystallinity in the CAAC-OS film is not necessarily uniform. For example, in the case where the crystal part of the CAAC-OS film is formed by crystal growth from the vicinity of the top surface of the CAAC-OS film, the region near the top surface can have a higher degree of crystallinity than the region near the formation surface. is there. In addition, in the case where an impurity is added to the CAAC-OS film, the crystallinity of a region to which the impurity is added changes, and a region having a different degree of crystallinity may be formed.

なお、InGaZnOの結晶を有するCAAC−OS膜のout−of−plane法による解析では、2θが31°近傍のピークの他に、2θが36°近傍にもピークが現れる場合がある。2θが36°近傍のピークは、CAAC−OS膜中の一部に、c軸配向性を有さない結晶が含まれることを示している。CAAC−OS膜は、2θが31°近傍にピークを示し、2θが36°近傍にピークを示さないことが好ましい。 Note that when the CAAC-OS film including an InGaZnO 4 crystal is analyzed by an out-of-plane method, a peak may also appear when 2θ is around 36 ° in addition to the peak where 2θ is around 31 °. A peak at 2θ of around 36 ° indicates that a crystal having no c-axis alignment is included in part of the CAAC-OS film. The CAAC-OS film preferably has a peak at 2θ of around 31 ° and no peak at 2θ of around 36 °.

CAAC−OS膜を用いたトランジスタは、可視光や紫外光の照射による電気的特性の変動が小さい。よって、当該トランジスタは、信頼性が高い。   In a transistor using a CAAC-OS film, change in electrical characteristics due to irradiation with visible light or ultraviolet light is small. Therefore, the transistor has high reliability.

なお、酸化物半導体膜は、例えば、非晶質酸化物半導体膜、微結晶酸化物半導体膜、CAAC−OS膜のうち、二種以上を有する積層膜であってもよい。   Note that the oxide semiconductor film may be a stacked film including two or more of an amorphous oxide semiconductor film, a microcrystalline oxide semiconductor film, and a CAAC-OS film, for example.

また、CAAC−OS膜を成膜するために、以下の条件を適用することが好ましい。   In order to form the CAAC-OS film, the following conditions are preferably applied.

成膜時の不純物混入を低減することで、不純物によって結晶状態が崩れることを抑制できる。例えば、処理室内に存在する不純物濃度(水素、水、二酸化炭素、及び窒素など)を低減すればよい。また、成膜ガス中の不純物濃度を低減すればよい。具体的には、露点が−80℃以下、好ましくは−100℃以下である成膜ガスを用いる。   By reducing the mixing of impurities during film formation, the crystal state can be prevented from being broken by impurities. For example, the concentration of impurities (hydrogen, water, carbon dioxide, nitrogen, etc.) existing in the treatment chamber may be reduced. Further, the impurity concentration in the deposition gas may be reduced. Specifically, a deposition gas having a dew point of −80 ° C. or lower, preferably −100 ° C. or lower is used.

また、成膜時の基板加熱温度を高めることで、基板到達後にスパッタリング粒子のマイグレーションが起こる。具体的には、基板加熱温度を100℃以上740℃以下、好ましくは200℃以上500℃以下として成膜する。成膜時の基板加熱温度を高めることで、平板状又はペレット状のスパッタリング粒子が基板に到達した場合、基板上でマイグレーションが起こり、スパッタリング粒子の平らな面が基板に付着する。   Further, by increasing the substrate heating temperature during film formation, migration of sputtered particles occurs after reaching the substrate. Specifically, the film is formed at a substrate heating temperature of 100 ° C. to 740 ° C., preferably 200 ° C. to 500 ° C. When the substrate heating temperature at the time of film formation is increased, when the flat or pellet-like sputtered particles reach the substrate, migration occurs on the substrate, and the flat surface of the sputtered particles adheres to the substrate.

また、成膜ガス中の酸素割合を高め、電力を最適化することで成膜時のプラズマダメージを軽減すると好ましい。成膜ガス中の酸素割合は、30体積%以上、好ましくは100体積%とする。   In addition, it is preferable to reduce plasma damage during film formation by increasing the oxygen ratio in the film formation gas and optimizing electric power. The oxygen ratio in the deposition gas is 30% by volume or more, preferably 100% by volume.

ターゲットの一例として、In−Ga−Zn酸化物ターゲットについて以下に示す。   As an example of the target, an In—Ga—Zn oxide target is described below.

InO粉末、GaO粉末及びZnO粉末を所定のmol数比で混合し、加圧処理後、1000℃以上1500℃以下の温度で加熱処理をすることで多結晶であるIn−Ga−Zn酸化物ターゲットとする。なお、X、Y及びZは任意の正数である。ここで、所定のmol数比は、例えば、InO粉末、GaO粉末及びZnO粉末が、2:2:1、8:4:3、3:1:1、1:1:1、4:2:3、2:1:3または3:1:2である。なお、粉末の種類、及びその混合するmol数比は、作製するターゲットによって適宜変更すればよい。特に、In、Ga、Znのmol数比が2:1:3のターゲットを用いて作製されたCAAC−OS膜は、一定の範囲におけるCAAC−OSの回折パターンが観測される領域の割合(CAAC化率ともいう)を高くすることができるので、当該CAAC−OS膜にチャネル形成領域を有するトランジスタの周波数特性(f特)を高めることができる。 In-Ga-Zn which is polycrystalline by mixing InO X powder, GaO Y powder and ZnO Z powder at a predetermined molar ratio, and after heat treatment at a temperature of 1000 ° C to 1500 ° C. An oxide target is used. X, Y, and Z are arbitrary positive numbers. Here, the predetermined mole number ratio is, for example, 2: 2: 1, 8: 4: 3, 3: 1: 1, 1: 1: 1, 4 for InO X powder, GaO Y powder, and ZnO Z powder. : 2: 3, 2: 1: 3 or 3: 1: 2. In addition, what is necessary is just to change suitably the kind of powder, and the mol number ratio to mix with the target to produce. In particular, a CAAC-OS film formed using a target with a molar ratio of In, Ga, Zn of 2: 1: 3 has a ratio of a region where a CAAC-OS diffraction pattern is observed in a certain range (CAAC The frequency characteristics (f characteristics) of a transistor having a channel formation region in the CAAC-OS film can be increased.

なお、アルカリ金属は酸化物半導体を構成する元素ではないため、不純物である。アルカリ土類金属も、酸化物半導体を構成する元素ではない場合において、不純物となる。特に、アルカリ金属のうちNaは、酸化物半導体膜に接する絶縁膜が酸化物である場合、当該絶縁膜中に拡散してNaとなる。また、Naは、酸化物半導体膜内において、酸化物半導体を構成する金属と酸素の結合を分断する、或いは、その結合中に割り込む。その結果、例えば、閾値電圧がマイナス方向にシフトすることによるノーマリオン化、移動度の低下等の、トランジスタの電気的特性の劣化が起こり、加えて、特性のばらつきも生じる。具体的に、二次イオン質量分析法によるNa濃度の測定値は、5×1016/cm以下、好ましくは1×1016/cm以下、更に好ましくは1×1015/cm以下とするとよい。同様に、Li濃度の測定値は、5×1015/cm以下、好ましくは1×1015/cm以下とするとよい。同様に、K濃度の測定値は、5×1015/cm以下、好ましくは1×1015/cm以下とするとよい。 Note that an alkali metal is an impurity because it is not an element included in an oxide semiconductor. Alkaline earth metal is also an impurity when it is not an element constituting an oxide semiconductor. In particular, Na in the alkali metal diffuses into the insulating film and becomes Na + when the insulating film in contact with the oxide semiconductor film is an oxide. In the oxide semiconductor film, Na breaks or interrupts the bond between the metal constituting the oxide semiconductor and oxygen. As a result, for example, the transistor is deteriorated in electrical characteristics, such as being normally on due to the shift of the threshold voltage in the negative direction, and a decrease in mobility. In addition, the characteristics vary. Specifically, the measured value of Na concentration by secondary ion mass spectrometry is 5 × 10 16 / cm 3 or less, preferably 1 × 10 16 / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 15 / cm 3 or less. Good. Similarly, the measured value of the Li concentration is 5 × 10 15 / cm 3 or less, preferably 1 × 10 15 / cm 3 or less. Similarly, the measured value of the K concentration is 5 × 10 15 / cm 3 or less, preferably 1 × 10 15 / cm 3 or less.

また、インジウムを含む金属酸化物が用いられている場合に、酸素との結合エネルギーがインジウムよりも大きいシリコンや炭素が、インジウムと酸素の結合を切断し、酸素欠損を形成することがある。そのため、シリコンや炭素が酸化物半導体膜に混入していると、アルカリ金属やアルカリ土類金属の場合と同様に、トランジスタの電気的特性の劣化が起こりやすい。よって、酸化物半導体膜中におけるシリコンや炭素の濃度は低いことが望ましい。具体的に、二次イオン質量分析法によるC濃度の測定値、またはSi濃度の測定値は、1×1018/cm以下とするとよい。上記構成により、トランジスタの電気的特性の劣化を防ぐことができ、半導体装置の信頼性を高めることができる。 In addition, in the case where a metal oxide containing indium is used, silicon or carbon whose binding energy to oxygen is higher than that of indium may cut the bond between indium and oxygen, thereby forming an oxygen vacancy. Therefore, when silicon or carbon is mixed in the oxide semiconductor film, the electrical characteristics of the transistor are likely to deteriorate as in the case of alkali metal or alkaline earth metal. Therefore, it is desirable that the concentration of silicon or carbon in the oxide semiconductor film be low. Specifically, the measured value of C concentration or the measured value of Si concentration by secondary ion mass spectrometry is preferably 1 × 10 18 / cm 3 or less. With the above structure, deterioration of electrical characteristics of the transistor can be prevented, and reliability of the semiconductor device can be improved.

また、酸化物半導体膜に含まれる水分または水素などの不純物をさらに低減して、酸化物半導体膜を高純度化するために、加熱処理を行ってもよい。   Further, heat treatment may be performed in order to further reduce impurities such as moisture or hydrogen contained in the oxide semiconductor film so that the oxide semiconductor film is highly purified.

例えば、減圧雰囲気下、窒素や希ガスなどの不活性雰囲気下、酸化性雰囲気下、又は超乾燥エア(CRDS(キャビティリングダウンレーザー分光法)方式の露点計を用いて測定した場合の水分量が20ppm(露点換算で−55℃)以下、好ましくは1ppm以下、好ましくは10ppb以下の空気)雰囲気下で、酸化物半導体膜に加熱処理を施す。なお、酸化性雰囲気とは、酸素、オゾンまたは窒化酸素などの酸化性ガスを10ppm以上含有する雰囲気をいう。また、不活性雰囲気とは、前述の酸化性ガスが10ppm未満であり、その他、窒素または希ガスで充填された雰囲気をいう。   For example, the amount of moisture when measured using a dew point meter under a reduced pressure atmosphere, an inert atmosphere such as nitrogen or a rare gas, an oxidizing atmosphere, or ultra-dry air (CRDS (cavity ring down laser spectroscopy) method) The oxide semiconductor film is subjected to heat treatment in an atmosphere of 20 ppm (−55 ° C. in terms of dew point) or less, preferably 1 ppm or less, preferably 10 ppb or less. Note that the oxidizing atmosphere refers to an atmosphere containing 10 ppm or more of an oxidizing gas such as oxygen, ozone, or oxygen nitride. Further, the inert atmosphere refers to an atmosphere filled with nitrogen or a rare gas, in which the oxidizing gas is less than 10 ppm.

なお、不活性ガス雰囲気で加熱処理した後に、酸化性ガスを10ppm以上、1%以上または10%以上含む雰囲気で加熱処理を行ってもよい。なお、加熱処理は、酸化物半導体膜の形成後であれば、いつ行ってもよい。例えば、酸化物半導体膜の選択的なエッチング後に加熱処理を行ってもよい。   Note that after heat treatment in an inert gas atmosphere, heat treatment may be performed in an atmosphere containing an oxidizing gas at 10 ppm or more, 1% or more, or 10% or more. Note that heat treatment may be performed at any time after the oxide semiconductor film is formed. For example, heat treatment may be performed after the selective etching of the oxide semiconductor film.

加熱処理は、250℃以上650℃以下、好ましくは300℃以上500℃以下で行えばよい。処理時間は24時間以内とする。   The heat treatment may be performed at 250 ° C to 650 ° C, preferably 300 ° C to 500 ° C. The processing time is within 24 hours.

加熱処理は、電気炉、RTA(Rapid Thermal Annealing)装置等を用いることができる。RTA装置を用いることで、短時間に限り、基板の歪み点以上の温度で熱処理を行うことができる。そのため加熱処理時間を短縮することができる。   For the heat treatment, an electric furnace, an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus, or the like can be used. By using the RTA apparatus, heat treatment can be performed at a temperature equal to or higher than the strain point of the substrate for a short time. Therefore, the heat treatment time can be shortened.

〈半導体装置の断面構造の変形例1〉
図13に、図2に示すトランジスタ105およびトランジスタ106に対応する断面構造の一例を示す。トランジスタ22はトランジスタ105に対応し、トランジスタ23はトランジスタ106に対応する。なお、破線A1−A2で示す領域では、トランジスタ22及びトランジスタ23のチャネル長方向における構造を示しており、破線A3−A4で示す領域では、トランジスタ22及びトランジスタ23のチャネル幅方向における構造を示している。ただし、本発明の一態様では、トランジスタ22のチャネル長方向とトランジスタ23のチャネル長方向とが、必ずしも一致していなくともよい。
<Modification Example 1 of Cross-sectional Structure of Semiconductor Device>
FIG. 13 illustrates an example of a cross-sectional structure corresponding to the transistor 105 and the transistor 106 illustrated in FIG. The transistor 22 corresponds to the transistor 105, and the transistor 23 corresponds to the transistor 106. Note that a region indicated by a broken line A1-A2 indicates a structure in the channel length direction of the transistor 22 and the transistor 23, and a region indicated by a broken line A3-A4 indicates a structure in the channel width direction of the transistor 22 and the transistor 23. Yes. Note that in one embodiment of the present invention, the channel length direction of the transistor 22 and the channel length direction of the transistor 23 do not necessarily match.

なお、トランジスタのチャネル長方向とは、ソース(ソース領域またはソース電極)及びドレイン(ドレイン領域またはドレイン電極)間において、キャリアが移動する方向を意味し、チャネル幅方向は、基板と水平な面内において、チャネル長方向に対して垂直の方向を意味する。   Note that the channel length direction of a transistor means a direction in which carriers move between a source (source region or source electrode) and a drain (drain region or drain electrode), and the channel width direction is in a plane parallel to the substrate. Means a direction perpendicular to the channel length direction.

また、図13では、酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタ22が、単結晶のシリコン基板にチャネル形成領域を有するトランジスタ23上に形成されている場合を例示している。   FIG. 13 illustrates the case where the transistor 22 having a channel formation region in an oxide semiconductor film is formed over the transistor 23 having a channel formation region in a single crystal silicon substrate.

トランジスタ23は、非晶質、微結晶、多結晶または単結晶である、シリコン又はゲルマニウムなどの半導体膜または半導体基板に、チャネル形成領域を有していても良い。或いは、トランジスタ23は、酸化物半導体膜または酸化物半導体基板に、チャネル形成領域を有していても良い。全てのトランジスタが酸化物半導体膜または酸化物半導体基板に、チャネル形成領域を有している場合、トランジスタ22はトランジスタ23上に積層されていなくとも良く、トランジスタ22とトランジスタ23とは、同一の層に形成されていても良い。   The transistor 23 may have a channel formation region in a semiconductor film or a semiconductor substrate such as silicon or germanium that is amorphous, microcrystalline, polycrystalline, or single crystal. Alternatively, the transistor 23 may include a channel formation region in the oxide semiconductor film or the oxide semiconductor substrate. In the case where all the transistors have a channel formation region in an oxide semiconductor film or an oxide semiconductor substrate, the transistor 22 may not be stacked over the transistor 23. The transistor 22 and the transistor 23 are the same layer. It may be formed.

シリコンの薄膜を用いてトランジスタ23を形成する場合、当該薄膜には、プラズマCVD法などの気相成長法若しくはスパッタリング法で作製された非晶質シリコン、非晶質シリコンをレーザーアニールなどの処理により結晶化させた多結晶シリコン、単結晶シリコンウェハに水素イオン等を注入して表層部を剥離した単結晶シリコンなどを用いることができる。   In the case where the transistor 23 is formed using a silicon thin film, amorphous silicon produced by a vapor deposition method such as a plasma CVD method or a sputtering method, or amorphous silicon is formed on the thin film by a process such as laser annealing. Crystallized polycrystalline silicon, single crystal silicon in which hydrogen ions or the like are implanted into a single crystal silicon wafer and a surface layer portion is peeled off can be used.

トランジスタ23が形成される基板400は、例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板、シリコンゲルマニウム基板等を用いることができる。図13では、単結晶シリコン基板を基板400として用いる場合を例示している。   As the substrate 400 over which the transistor 23 is formed, for example, a silicon substrate, a germanium substrate, a silicon germanium substrate, or the like can be used. FIG. 13 illustrates the case where a single crystal silicon substrate is used as the substrate 400.

また、トランジスタ23は、素子分離法により電気的に分離されている。素子分離法として、トレンチ分離法等を用いることができる。図13では、トレンチ分離法を用いてトランジスタ23を電気的に分離する場合を例示している。具体的に、図13では、エッチング等により基板400に形成されたトレンチに、酸化珪素などが含まれる絶縁物を埋め込んだ後、当該絶縁物をエッチング等により部分的に除去することで形成される素子分離領域401により、トランジスタ23を素子分離させて電気的に分離する場合を例示している。   The transistor 23 is electrically isolated by an element isolation method. As the element isolation method, a trench isolation method or the like can be used. FIG. 13 illustrates a case where the transistor 23 is electrically isolated using a trench isolation method. Specifically, in FIG. 13, an insulating material containing silicon oxide or the like is embedded in a trench formed in the substrate 400 by etching or the like, and then the insulating material is partially removed by etching or the like. The case where the transistor 23 is isolated by the element isolation region 401 and electrically isolated is illustrated.

また、トレンチ以外の領域に存在する基板400の凸部には、トランジスタ23の不純物領域402及び不純物領域403と、不純物領域402及び不純物領域403に挟まれたチャネル形成領域404とが設けられている。さらに、トランジスタ23は、チャネル形成領域404を覆う絶縁膜405と、絶縁膜405を間に挟んでチャネル形成領域404と重なるゲート電極406とを有する。   In addition, an impurity region 402 and an impurity region 403 of the transistor 23 and a channel formation region 404 sandwiched between the impurity region 402 and the impurity region 403 are provided on the convex portion of the substrate 400 that exists in a region other than the trench. . Further, the transistor 23 includes an insulating film 405 that covers the channel formation region 404 and a gate electrode 406 that overlaps with the channel formation region 404 with the insulating film 405 interposed therebetween.

トランジスタ23では、チャネル形成領域404における凸部の側部及び上部と、ゲート電極406とが絶縁膜405を間に挟んで重なることで、チャネル形成領域404の側部と上部を含めた広い範囲においてキャリアが流れる。そのため、トランジスタ23の基板上における占有面積を小さく抑えつつ、トランジスタ23におけるキャリアの移動量を増加させることができる。その結果、トランジスタ23は、オン電流が大きくなると共に、電界効果移動度が高められる。特に、チャネル形成領域404における凸部のチャネル幅方向の長さ(チャネル幅)をW、チャネル形成領域404における凸部の膜厚をTとすると、チャネル幅Wに対する膜厚Tの比に相当するアスペクト比が高い場合、キャリアが流れる範囲はより広くなるため、トランジスタ23のオン電流をより大きくすることができ、電界効果移動度もより高められる。   In the transistor 23, the side and upper portions of the protrusions in the channel formation region 404 overlap with the gate electrode 406 with the insulating film 405 interposed therebetween, so that a wide range including the side and upper portions of the channel formation region 404 is obtained. A career flows. Therefore, the amount of carrier movement in the transistor 23 can be increased while keeping the occupied area of the transistor 23 on the substrate small. As a result, the transistor 23 has an increased on-current and an increased field effect mobility. In particular, when the length in the channel width direction (channel width) of the convex portion in the channel formation region 404 is W and the film thickness of the convex portion in the channel formation region 404 is T, this corresponds to the ratio of the film thickness T to the channel width W. When the aspect ratio is high, the carrier flows in a wider range, so that the on-state current of the transistor 23 can be increased and the field-effect mobility can be further increased.

なお、バルクの半導体基板を用いたトランジスタ23の場合、アスペクト比は0.5以上であることが望ましく、1以上であることがより望ましい。   Note that in the case of the transistor 23 using a bulk semiconductor substrate, the aspect ratio is preferably 0.5 or more, and more preferably 1 or more.

トランジスタ23上には、絶縁膜411が設けられている。絶縁膜411には開口部が形成されている。そして、上記開口部には、不純物領域402、不純物領域403にそれぞれ電気的に接続されている導電膜412、導電膜413と、ゲート電極406に電気的に接続されている導電膜414とが、形成されている。   An insulating film 411 is provided over the transistor 23. An opening is formed in the insulating film 411. In the opening, an impurity region 402, a conductive film 412 and a conductive film 413 electrically connected to the impurity region 403, and a conductive film 414 electrically connected to the gate electrode 406, Is formed.

そして、導電膜412は、絶縁膜411上に形成された導電膜416に電気的に接続されており、導電膜413は、絶縁膜411上に形成された導電膜417に電気的に接続されており、導電膜414は、絶縁膜411上に形成された導電膜418に電気的に接続されている。   The conductive film 412 is electrically connected to the conductive film 416 formed over the insulating film 411, and the conductive film 413 is electrically connected to the conductive film 417 formed over the insulating film 411. The conductive film 414 is electrically connected to the conductive film 418 formed over the insulating film 411.

導電膜416乃至導電膜418上には、絶縁膜420が設けられている。そして、絶縁膜420上には、酸素、水素、水の拡散を防ぐブロッキング効果を有する絶縁膜421が設けられている。絶縁膜421は、密度が高くて緻密である程、また未結合手が少なく化学的に安定である程、より高いブロッキング効果を示す。酸素、水素、水の拡散を防ぐブロッキング効果を示す絶縁膜421として、例えば、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム等を用いることができる。水素、水の拡散を防ぐブロッキング効果を示す絶縁膜421として、例えば、窒化シリコン、窒化酸化シリコン等を用いることができる。   An insulating film 420 is provided over the conductive films 416 to 418. An insulating film 421 having a blocking effect for preventing diffusion of oxygen, hydrogen, and water is provided over the insulating film 420. The insulating film 421 has a higher blocking effect as the density is higher and denser, and as the insulating film 421 is chemically stable with fewer dangling bonds. As the insulating film 421 having a blocking effect for preventing diffusion of oxygen, hydrogen, and water, for example, aluminum oxide, aluminum oxynitride, gallium oxide, gallium oxynitride, yttrium oxide, yttrium oxynitride, hafnium oxide, hafnium oxynitride, or the like is used. be able to. As the insulating film 421 having a blocking effect for preventing diffusion of hydrogen and water, for example, silicon nitride, silicon nitride oxide, or the like can be used.

絶縁膜421上には絶縁膜422が設けられており、絶縁膜422上には、トランジスタ22が設けられている。   An insulating film 422 is provided over the insulating film 421, and the transistor 22 is provided over the insulating film 422.

トランジスタ22は、絶縁膜422上に、酸化物半導体を含む半導体膜430と、半導体膜430に電気的に接続された、ソース電極またはドレイン電極として機能する導電膜432及び導電膜433と、半導体膜430を覆っているゲート絶縁膜431と、ゲート絶縁膜431を間に挟んで半導体膜430と重なるゲート電極434と、を有する。なお、絶縁膜420乃至絶縁膜422には開口部が設けられており、導電膜433は、上記開口部において導電膜418に接続されている。   The transistor 22 includes a semiconductor film 430 including an oxide semiconductor over the insulating film 422, a conductive film 432 and a conductive film 433 that are electrically connected to the semiconductor film 430 and function as a source electrode or a drain electrode, a semiconductor film A gate insulating film 431 covering 430 and a gate electrode 434 which overlaps with the semiconductor film 430 with the gate insulating film 431 interposed therebetween. Note that an opening is provided in the insulating films 420 to 422, and the conductive film 433 is connected to the conductive film 418 in the opening.

なお、図13において、トランジスタ22は、ゲート電極434を半導体膜430の片側において少なくとも有していれば良いが、絶縁膜422を間に挟んで半導体膜430と重なるゲート電極を、さらに有していても良い。   Note that in FIG. 13, the transistor 22 only needs to include the gate electrode 434 at least on one side of the semiconductor film 430, but further includes a gate electrode overlapping with the semiconductor film 430 with the insulating film 422 interposed therebetween. May be.

トランジスタ22が、一対のゲート電極を有している場合、一方のゲート電極には導通状態または非導通状態を制御するための信号が与えられ、他方のゲート電極は、電位が他の配線から与えられている状態であっても良い。この場合、一対のゲート電極に、同じ高さの電位が与えられていても良いし、他方のゲート電極にのみ接地電位などの固定の電位が与えられていても良い。他方のゲート電極に与える電位の高さを制御することで、トランジスタの閾値電圧を制御することができる。   In the case where the transistor 22 includes a pair of gate electrodes, a signal for controlling a conduction state or a non-conduction state is supplied to one gate electrode, and a potential is supplied to the other gate electrode from another wiring. It may be in a state of being. In this case, a pair of gate electrodes may be given the same potential, or a fixed potential such as a ground potential may be given only to the other gate electrode. By controlling the level of the potential applied to the other gate electrode, the threshold voltage of the transistor can be controlled.

なお、一般的に、電位(電圧)は、相対的な値であり、基準の電位からの相対的な大きさによってその値が決定される。したがって、「接地」「GND」「グラウンド」などと記載されている場合であっても、必ずしも、電位が0ボルトであるとは限らないものとする。例えば、回路で最も低い電位を基準として、「接地」や「GND」を定義する場合もある。または、回路で中間くらいの電位を基準として、「接地」や「GND」を定義する場合もある。その場合には、その電位を基準として、正の電位と負の電位が規定されることとなる。   In general, the potential (voltage) is a relative value, and the value is determined by the relative magnitude from the reference potential. Therefore, even when “ground”, “GND”, “ground”, and the like are described, the potential is not necessarily 0 volts. For example, “ground” or “GND” may be defined with reference to the lowest potential in the circuit. Alternatively, “ground” or “GND” may be defined with reference to an intermediate potential in the circuit. In that case, a positive potential and a negative potential are defined based on the potential.

ここで、あるトランジスタTが、半導体膜を間に挟んで存在する一対のゲートを有している場合、一方のゲートには信号Aが、他方のゲートには固定電位Vbが与えられてもよい。   Here, in the case where a certain transistor T includes a pair of gates with a semiconductor film interposed therebetween, a signal A may be applied to one gate and a fixed potential Vb may be applied to the other gate. .

信号Aは、例えば、導通状態または非導通状態を制御するための信号である。信号Aは、電位V1、または電位V2(V1>V2とする)の2種類の電位をとるデジタル信号であってもよい。例えば、電位V1を高電源電位とし、電位V2を低電源電位とすることができる。信号Aは、アナログ信号であってもよい。   The signal A is a signal for controlling a conduction state or a non-conduction state, for example. The signal A may be a digital signal that takes two kinds of potentials, that is, the potential V1 or the potential V2 (V1> V2). For example, the potential V1 can be a high power supply potential and the potential V2 can be a low power supply potential. The signal A may be an analog signal.

固定電位Vbは、例えば、トランジスタTのしきい値電圧VthAを制御するための電位である。固定電位Vbは、電位V1、または電位V2であってもよい。この場合、固定電位Vbを生成するための電位発生回路を別途設ける必要がなく好ましい。固定電位Vbは、電位V1、または電位V2と異なる電位であってもよい。固定電位Vbを低くすることで、しきい値電圧VthAを高くできる場合がある。その結果、ゲートーソース間電圧Vgsが0Vのときのドレイン電流を低減し、トランジスタTを有する回路のリーク電流を低減できる場合がある。例えば、固定電位Vbを低電源電位よりも低くしてもよい。固定電位Vbを高くすることで、しきい値電圧VthAを低くできる場合がある。その結果、ゲートーソース間電圧VgsがVDDのときのドレイン電流を向上させ、トランジスタTを有する回路の動作速度を向上できる場合がある。例えば、固定電位Vbを低電源電位よりも高くしてもよい。   The fixed potential Vb is a potential for controlling the threshold voltage VthA of the transistor T, for example. The fixed potential Vb may be the potential V1 or the potential V2. In this case, there is no need to separately provide a potential generation circuit for generating the fixed potential Vb, which is preferable. The fixed potential Vb may be a potential different from the potential V1 or the potential V2. In some cases, the threshold voltage VthA can be increased by lowering the fixed potential Vb. As a result, the drain current when the gate-source voltage Vgs is 0 V can be reduced, and the leakage current of the circuit including the transistor T can be reduced in some cases. For example, the fixed potential Vb may be set lower than the low power supply potential. In some cases, the threshold voltage VthA can be lowered by increasing the fixed potential Vb. As a result, the drain current when the gate-source voltage Vgs is VDD may be improved, and the operation speed of the circuit including the transistor T may be improved. For example, the fixed potential Vb may be higher than the low power supply potential.

また、トランジスタTの一方のゲートには信号Aが、他方のゲートには信号Bが与えられてもよい。信号Bは、例えば、トランジスタTの導通状態または非導通状態を制御するための信号である。信号Bは、電位V3、または電位V4(V3>V4とする)の2種類の電位をとるデジタル信号であってもよい。例えば、電位V3を高電源電位とし、電位V4を低電源電位とすることができる。信号Bは、アナログ信号であってもよい。   Further, the signal A may be supplied to one gate of the transistor T, and the signal B may be supplied to the other gate. The signal B is a signal for controlling the conduction state or non-conduction state of the transistor T, for example. The signal B may be a digital signal that takes two kinds of potentials, that is, the potential V3 or the potential V4 (V3> V4). For example, the potential V3 can be a high power supply potential and the potential V4 can be a low power supply potential. The signal B may be an analog signal.

信号Aと信号Bが共にデジタル信号である場合、信号Bは、信号Aと同じデジタル値を持つ信号であってもよい。この場合、トランジスタTのオン電流を向上し、トランジスタTを有する回路の動作速度を向上できる場合がある。このとき、信号Aの電位V1は信号Bの電位V3と異なっていても良い。また、信号Aの電位V2は信号Bの電位V4と異なっていても良い。例えば、信号Bが入力されるゲートに対応するゲート絶縁膜が、信号Aが入力されるゲートに対応するゲート絶縁膜よりも厚い場合、信号Bの電位振幅(V3−V4)を、信号Aの電位振幅(V1−V2)より大きくしても良い。そうすることで、トランジスタTの導通状態または非導通状態に対して、信号Aが与える影響と、信号Bが与える影響と、を同程度とすることができる場合がある。   When both the signal A and the signal B are digital signals, the signal B may be a signal having the same digital value as the signal A. In this case, the on-state current of the transistor T may be improved and the operation speed of the circuit including the transistor T may be improved. At this time, the potential V1 of the signal A may be different from the potential V3 of the signal B. Further, the potential V2 of the signal A may be different from the potential V4 of the signal B. For example, when the gate insulating film corresponding to the gate to which the signal B is input is thicker than the gate insulating film corresponding to the gate to which the signal A is input, the potential amplitude (V3 to V4) of the signal B is It may be larger than the potential amplitude (V1-V2). By doing so, the influence of the signal A and the influence of the signal B on the conduction state or non-conduction state of the transistor T may be almost the same.

信号Aと信号Bが共にデジタル信号である場合、信号Bは、信号Aと異なるデジタル値を持つ信号であってもよい。この場合、トランジスタTの制御を信号Aと信号Bによって別々に行うことができ、より高い機能を実現できる場合がある。例えば、トランジスタTがnチャネル型である場合、信号Aが電位V1であり、かつ、信号Bが電位V3である場合のみ導通状態となる場合や、信号Aが電位V2であり、かつ、信号Bが電位V4である場合のみ非導通状態となる場合には、一つのトランジスタでNAND回路やNOR回路等の機能を実現できる場合がある。また、信号Bは、しきい値電圧VthAを制御するための信号であってもよい。例えば、信号Bは、トランジスタTを有する回路が動作している期間と、当該回路が動作していない期間と、で電位が異なる信号であっても良い。信号Bは、回路の動作モードに合わせて電位が異なる信号であってもよい。この場合、信号Bは信号Aほど頻繁には電位が切り替わらない場合がある。   When both the signal A and the signal B are digital signals, the signal B may be a signal having a digital value different from that of the signal A. In this case, the transistor T can be controlled separately by the signal A and the signal B, and a higher function may be realized. For example, when the transistor T is an n-channel transistor, the transistor A is in a conductive state only when the signal A is the potential V1 and the signal B is the potential V3, or the signal A is the potential V2 and the signal B In the case where the transistor is non-conductive only when the potential is V4, the function of a NAND circuit, a NOR circuit, or the like may be realized with one transistor. The signal B may be a signal for controlling the threshold voltage VthA. For example, the signal B may be a signal having a different potential between a period in which a circuit including the transistor T is operating and a period in which the circuit is not operating. The signal B may be a signal having a different potential according to the operation mode of the circuit. In this case, the potential of the signal B may not be switched as frequently as the signal A.

信号Aと信号Bが共にアナログ信号である場合、信号Bは、信号Aと同じ電位のアナログ信号、信号Aの電位を定数倍したアナログ信号、または、信号Aの電位を定数だけ加算もしくは減算したアナログ信号等であってもよい。この場合、トランジスタTのオン電流を向上し、トランジスタTを有する回路の動作速度を向上できる場合がある。信号Bは、信号Aと異なるアナログ信号であってもよい。この場合、トランジスタTの制御を信号Aと信号Bによって別々に行うことができ、より高い機能を実現できる場合がある。   When both the signal A and the signal B are analog signals, the signal B is an analog signal having the same potential as the signal A, an analog signal obtained by multiplying the potential of the signal A by a constant, or the potential of the signal A is added or subtracted by a constant. An analog signal or the like may be used. In this case, the on-state current of the transistor T may be improved and the operation speed of the circuit including the transistor T may be improved. The signal B may be an analog signal different from the signal A. In this case, the transistor T can be controlled separately by the signal A and the signal B, and a higher function may be realized.

信号Aがデジタル信号、信号Bがアナログ信号であってもよい。信号Aがアナログ信号、信号Bがデジタル信号であってもよい。   The signal A may be a digital signal and the signal B may be an analog signal. The signal A may be an analog signal and the signal B may be a digital signal.

また、トランジスタTの一方のゲートには固定電位Vaが、他方のゲートには固定電位Vbが与えられてもよい。トランジスタTの両方のゲートに固定電位を与える場合、トランジスタTを、抵抗素子と同等の素子として機能させることができる場合がある。例えば、トランジスタTがnチャネル型である場合、固定電位Vaまたは固定電位Vbを高く(低く)することで、トランジスタの実効抵抗を低く(高く)することができる場合がある。固定電位Va及び固定電位Vbを共に高く(低く)することで、一つのゲートしか有さないトランジスタによって得られる実効抵抗よりも低い(高い)実効抵抗が得られる場合がある。   Further, the fixed potential Va may be applied to one gate of the transistor T, and the fixed potential Vb may be applied to the other gate. When a fixed potential is applied to both gates of the transistor T, the transistor T may function as an element equivalent to a resistance element. For example, in the case where the transistor T is an n-channel transistor, the effective resistance of the transistor may be decreased (increased) by increasing (decreasing) the fixed potential Va or the fixed potential Vb. By making both the fixed potential Va and the fixed potential Vb higher (lower), an effective resistance lower (higher) than that obtained by a transistor having only one gate may be obtained.

また、図13では、トランジスタ22が、ゲート電極434に対応したチャネル形成領域を有する、シングルゲート構造である場合を例示している。しかし、トランジスタ22は、電気的に接続された複数のゲート電極を有することで、一の活性層にチャネル形成領域を複数有する、マルチゲート構造であっても良い。   FIG. 13 illustrates the case where the transistor 22 has a single gate structure having a channel formation region corresponding to the gate electrode 434. However, the transistor 22 may have a multi-gate structure in which a plurality of channel formation regions are included in one active layer by including a plurality of electrically connected gate electrodes.

また、図13に示すように、トランジスタ22は、半導体膜430が、絶縁膜422上において順に積層された酸化物半導体膜430a乃至酸化物半導体膜430cを有する場合を例示している。ただし、本発明の一態様では、トランジスタ22が有する半導体膜430が、単膜の金属酸化物膜で構成されていても良い。   As illustrated in FIG. 13, the transistor 22 exemplifies a case where the semiconductor film 430 includes oxide semiconductor films 430 a to 430 c which are sequentially stacked over the insulating film 422. Note that in one embodiment of the present invention, the semiconductor film 430 included in the transistor 22 may be a single metal oxide film.

〈半導体装置の断面構造の変形例2〉
図14に、図2に示すトランジスタ105およびトランジスタ106に対応する断面構造の一例を示す。
<Modification Example 2 of Cross-sectional Structure of Semiconductor Device>
FIG. 14 illustrates an example of a cross-sectional structure corresponding to the transistor 105 and the transistor 106 illustrated in FIG.

なお、図14では、酸化物半導体膜にチャネル形成領域を有するトランジスタ22が、単結晶のシリコン基板にチャネル形成領域を有するトランジスタ23上に形成されている場合を例示している。なお、トランジスタ22がトランジスタ105に、トランジスタ23がトランジスタ106に対応している。   Note that FIG. 14 illustrates the case where the transistor 22 having a channel formation region in an oxide semiconductor film is formed over the transistor 23 having a channel formation region in a single crystal silicon substrate. Note that the transistor 22 corresponds to the transistor 105, and the transistor 23 corresponds to the transistor 106.

トランジスタ23は、非晶質、微結晶、多結晶または単結晶である、シリコン又はゲルマニウムなどの半導体膜または半導体基板に、チャネル形成領域を有していても良い。或いは、トランジスタ23は、酸化物半導体膜または酸化物半導体基板に、チャネル形成領域を有していても良い。全てのトランジスタが酸化物半導体膜または酸化物半導体基板に、チャネル形成領域を有している場合、トランジスタ22はトランジスタ23上に積層されていなくとも良く、トランジスタ22とトランジスタ23とは、同一の層に形成されていても良い。   The transistor 23 may have a channel formation region in a semiconductor film or a semiconductor substrate such as silicon or germanium that is amorphous, microcrystalline, polycrystalline, or single crystal. Alternatively, the transistor 23 may include a channel formation region in the oxide semiconductor film or the oxide semiconductor substrate. In the case where all the transistors have a channel formation region in an oxide semiconductor film or an oxide semiconductor substrate, the transistor 22 may not be stacked over the transistor 23. The transistor 22 and the transistor 23 are the same layer. It may be formed.

シリコンの薄膜を用いてトランジスタ23を形成する場合、当該薄膜には、プラズマCVD法などの気相成長法若しくはスパッタリング法で作製された非晶質シリコン、非晶質シリコンをレーザーアニールなどの処理により結晶化させた多結晶シリコン、単結晶シリコンウェハに水素イオン等を注入して表層部を剥離した単結晶シリコンなどを用いることができる。   In the case where the transistor 23 is formed using a silicon thin film, amorphous silicon produced by a vapor deposition method such as a plasma CVD method or a sputtering method, or amorphous silicon is formed on the thin film by a process such as laser annealing. Crystallized polycrystalline silicon, single crystal silicon in which hydrogen ions or the like are implanted into a single crystal silicon wafer and a surface layer portion is peeled off can be used.

トランジスタ23が形成される半導体基板601は、例えば、シリコン基板、ゲルマニウム基板、シリコンゲルマニウム基板等を用いることができる。図14では、単結晶シリコン基板を半導体基板601として用いる場合を例示している。   As the semiconductor substrate 601 over which the transistor 23 is formed, for example, a silicon substrate, a germanium substrate, a silicon germanium substrate, or the like can be used. FIG. 14 illustrates the case where a single crystal silicon substrate is used as the semiconductor substrate 601.

また、トランジスタ23は、素子分離法により電気的に分離されている。素子分離法として、選択酸化法(LOCOS法:Local Oxidation of Silicon法)、トレンチ分離法(STI法:Shallow Trench Isolation)等を用いることができる。図14では、トレンチ分離法を用いてトランジスタ23を電気的に分離する場合を例示している。具体的に、図14では、半導体基板601にエッチング等によりトレンチを形成した後、酸化珪素などを含む絶縁物を当該トレンチに埋め込むことで形成される素子分離領域610により、トランジスタ23を素子分離により電気的に分離された場合を例示している。   The transistor 23 is electrically isolated by an element isolation method. As an element isolation method, a selective oxidation method (LOCOS method: Local Oxidation of Silicon method), a trench isolation method (STI method: Shallow Trench Isolation), or the like can be used. FIG. 14 illustrates a case where the transistor 23 is electrically isolated using a trench isolation method. Specifically, in FIG. 14, after a trench is formed in the semiconductor substrate 601 by etching or the like, the transistor 23 is isolated by element isolation by an element isolation region 610 formed by burying an insulator containing silicon oxide or the like in the trench. The case where it isolate | separates electrically is illustrated.

トランジスタ23上には、絶縁膜611が設けられている。絶縁膜611には開口部が形成されている。そして、上記開口部には、トランジスタ23のソース及びドレインにそれぞれ電気的に接続されている導電膜625及び導電膜626と、トランジスタ23のゲートに電気的に接続されている導電膜627とが、形成されている。   An insulating film 611 is provided over the transistor 23. An opening is formed in the insulating film 611. In the opening, a conductive film 625 and a conductive film 626 that are electrically connected to a source and a drain of the transistor 23, respectively, and a conductive film 627 that is electrically connected to the gate of the transistor 23, Is formed.

そして、導電膜625は、絶縁膜611上に形成された導電膜634に電気的に接続されており、導電膜626は、絶縁膜611上に形成された導電膜635に電気的に接続されており、導電膜627は、絶縁膜611上に形成された導電膜636に電気的に接続されている。   The conductive film 625 is electrically connected to the conductive film 634 formed over the insulating film 611, and the conductive film 626 is electrically connected to the conductive film 635 formed over the insulating film 611. The conductive film 627 is electrically connected to the conductive film 636 formed over the insulating film 611.

導電膜634乃至導電膜636上には、絶縁膜612が形成されている。絶縁膜612には開口部が形成されており、上記開口部に、導電膜636に電気的に接続された導電膜637が形成されている。そして、導電膜637は、絶縁膜612上に形成された導電膜651に、電気的に接続されている。   An insulating film 612 is formed over the conductive films 634 to 636. An opening is formed in the insulating film 612, and a conductive film 637 electrically connected to the conductive film 636 is formed in the opening. The conductive film 637 is electrically connected to the conductive film 651 formed over the insulating film 612.

また、導電膜651上には、絶縁膜613が形成されている。絶縁膜613には開口部が形成されており、上記開口部に、導電膜651に電気的に接続された導電膜652が形成されている。そして、導電膜652は、絶縁膜613上に形成された導電膜653に、電気的に接続されている。また、絶縁膜613上には、導電膜644が形成されている。   In addition, an insulating film 613 is formed over the conductive film 651. An opening is formed in the insulating film 613, and a conductive film 652 electrically connected to the conductive film 651 is formed in the opening. The conductive film 652 is electrically connected to the conductive film 653 formed over the insulating film 613. A conductive film 644 is formed over the insulating film 613.

導電膜653及び導電膜644上には絶縁膜661が形成されている。そして、図14では、絶縁膜661上にトランジスタ22が形成されている。   An insulating film 661 is formed over the conductive films 653 and 644. In FIG. 14, the transistor 22 is formed over the insulating film 661.

トランジスタ22は、絶縁膜661上に、酸化物半導体を含む半導体膜701と、半導体膜701上の、ソースまたはドレインとして機能する導電膜721及び導電膜722と、半導体膜701、導電膜721及び導電膜722上のゲート絶縁膜662と、ゲート絶縁膜662上に位置し、導電膜721と導電膜722の間において半導体膜701と重なっているゲート電極731と、を有する。なお、導電膜722は、絶縁膜661に設けられた開口部において、導電膜653に電気的に接続されている。   The transistor 22 includes a semiconductor film 701 including an oxide semiconductor over the insulating film 661, a conductive film 721 and a conductive film 722 functioning as a source or a drain over the semiconductor film 701, a semiconductor film 701, a conductive film 721, and a conductive film. A gate insulating film 662 over the film 722 and a gate electrode 731 which is located over the gate insulating film 662 and overlaps with the semiconductor film 701 between the conductive film 721 and the conductive film 722 are provided. Note that the conductive film 722 is electrically connected to the conductive film 653 in an opening provided in the insulating film 661.

そして、トランジスタ22では、半導体膜701において、導電膜721に重なる領域と、ゲート電極731に重なる領域との間に、領域710が存在する。また、トランジスタ22では、半導体膜701において、導電膜722に重なる領域と、ゲート電極731に重なる領域との間に、領域711が存在する。領域710及び領域711に、導電膜721、導電膜722、及びゲート電極731をマスクとしてアルゴン等の希ガス、p型の導電型を半導体膜701に付与する不純物、或いは、n型の導電型を半導体膜701に付与する不純物を添加することで、半導体膜701のうちゲート電極731に重なる領域よりも、領域710及び領域711の抵抗率を下げることができる。   In the transistor 22, the region 710 exists between the region overlapping the conductive film 721 and the region overlapping the gate electrode 731 in the semiconductor film 701. In the transistor 22, the region 711 exists between the region overlapping the conductive film 722 and the region overlapping the gate electrode 731 in the semiconductor film 701. In the regions 710 and 711, a rare gas such as argon, an impurity imparting p-type conductivity to the semiconductor film 701, or an n-type conductivity type is used for the conductive film 721, the conductive film 722, and the gate electrode 731 as a mask. By adding an impurity imparted to the semiconductor film 701, the resistivity of the regions 710 and 711 can be lower than that of the region overlapping with the gate electrode 731 in the semiconductor film 701.

そして、トランジスタ22上に、絶縁膜663が設けられている。   An insulating film 663 is provided over the transistor 22.

なお、図14において、トランジスタ22は、ゲート電極731を半導体膜701の片側において少なくとも有していれば良いが、トランジスタ22は、半導体膜701を間に挟んで存在する一対のゲート電極を有していても良い。   Note that in FIG. 14, the transistor 22 only needs to have at least one gate electrode 731 on one side of the semiconductor film 701, but the transistor 22 has a pair of gate electrodes existing with the semiconductor film 701 interposed therebetween. May be.

トランジスタ22が、半導体膜701を間に挟んで存在する一対のゲート電極を有している場合、一方のゲート電極には導通状態または非導通状態を制御するための信号が与えられ、他方のゲート電極は、電位が他の配線から与えられている状態であっても良い。この場合、一対のゲート電極に、同じ高さの電位が与えられていても良いし、他方のゲート電極にのみ接地電位などの固定の電位が与えられていても良い。他方のゲート電極に与える電位の高さを制御することで、トランジスタの閾値電圧を制御することができる。   In the case where the transistor 22 includes a pair of gate electrodes present with the semiconductor film 701 interposed therebetween, a signal for controlling a conduction state or a non-conduction state is supplied to one gate electrode, and the other gate The electrode may be in a state where a potential is applied from another wiring. In this case, a pair of gate electrodes may be given the same potential, or a fixed potential such as a ground potential may be given only to the other gate electrode. By controlling the level of the potential applied to the other gate electrode, the threshold voltage of the transistor can be controlled.

また、図14では、トランジスタ22が、ゲート電極731に対応したチャネル形成領域を有する、シングルゲート構造である場合を例示している。しかし、トランジスタ22は、電気的に接続された複数のゲート電極を有することで、一の活性層にチャネル形成領域を複数有する、マルチゲート構造であっても良い。   FIG. 14 illustrates the case where the transistor 22 has a single gate structure including a channel formation region corresponding to the gate electrode 731. However, the transistor 22 may have a multi-gate structure in which a plurality of channel formation regions are included in one active layer by including a plurality of electrically connected gate electrodes.

本実施の形態は、他の実施の形態等の本明細書等において開示する構成と適宜組み合わせて実施することができる。   This embodiment can be implemented in appropriate combination with the configurations disclosed in this specification and the like of other embodiments.

(実施の形態4)
〈電子機器の例〉
本発明の一態様に係る半導体装置は、表示機器、パーソナルコンピュータ、記録媒体を備えた画像再生装置(代表的にはDVD:Digital Versatile Disc等の記録媒体を再生し、その画像を表示しうるディスプレイを有する装置)に用いることができる。その他に、本発明の一態様に係る半導体装置を用いることができる電子機器として、携帯電話、携帯型を含むゲーム機、携帯情報端末、電子書籍端末、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等のカメラ、ゴーグル型ディスプレイ(ヘッドマウントディスプレイ)、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤー等)、複写機、ファクシミリ、プリンタ、プリンタ複合機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、自動販売機、医療機器などが挙げられる。これら電子機器の具体例を図15に示す。
(Embodiment 4)
<Examples of electronic devices>
A semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a display device, a personal computer, and an image reproducing device including a recording medium (typically a display that can reproduce a recording medium such as a DVD: Digital Versatile Disc and display the image) Device). In addition, as an electronic device in which the semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used, a mobile phone, a game machine including a portable type, a portable information terminal, an electronic book terminal, a video camera, a digital still camera, or the like, goggles Type display (head-mounted display), navigation system, sound playback device (car audio, digital audio player, etc.), copier, facsimile, printer, printer multifunction device, automatic teller machine (ATM), vending machine, medical equipment Etc. Specific examples of these electronic devices are shown in FIGS.

図15(A)は携帯型ゲーム機であり、筐体5001、筐体5002、表示部5003、表示部5004、マイクロホン5005、スピーカー5006、操作キー5007、スタイラス5008等を有する。本発明の一態様にかかる半導体装置は、携帯型ゲーム機の各種集積回路に用いることができる。なお、図15(A)に示した携帯型ゲーム機は、2つの表示部5003と表示部5004とを有しているが、携帯型ゲーム機が有する表示部の数は、これに限定されない。   FIG. 15A illustrates a portable game machine including a housing 5001, a housing 5002, a display portion 5003, a display portion 5004, a microphone 5005, a speaker 5006, operation keys 5007, a stylus 5008, and the like. The semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used for various integrated circuits of a portable game machine. Note that although the portable game machine illustrated in FIG. 15A includes two display portions 5003 and 5004, the number of display portions included in the portable game device is not limited thereto.

図15(B)は携帯情報端末であり、第1筐体5601、第2筐体5602、第1表示部5603、第2表示部5604、接続部5605、操作キー5606等を有する。本発明の一態様にかかる半導体装置は、携帯情報端末の各種集積回路に用いることができる。第1表示部5603は第1筐体5601に設けられており、第2表示部5604は第2筐体5602に設けられている。そして、第1筐体5601と第2筐体5602とは、接続部5605により接続されており、第1筐体5601と第2筐体5602の間の角度は、接続部5605により変更が可能である。第1表示部5603における映像を、接続部5605における第1筐体5601と第2筐体5602との間の角度に従って、切り替える構成としても良い。また、第1表示部5603及び第2表示部5604の少なくとも一方に、位置入力装置としての機能が付加された表示装置を用いるようにしても良い。なお、位置入力装置としての機能は、表示装置にタッチパネルを設けることで付加することができる。或いは、位置入力装置としての機能は、フォトセンサとも呼ばれる光電変換素子を表示装置の画素部に設けることでも、付加することができる。   FIG. 15B illustrates a portable information terminal which includes a first housing 5601, a second housing 5602, a first display portion 5603, a second display portion 5604, a connection portion 5605, operation keys 5606, and the like. The semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used for various integrated circuits of a portable information terminal. The first display portion 5603 is provided in the first housing 5601 and the second display portion 5604 is provided in the second housing 5602. The first housing 5601 and the second housing 5602 are connected by a connection portion 5605, and the angle between the first housing 5601 and the second housing 5602 can be changed by the connection portion 5605. is there. The video on the first display portion 5603 may be switched according to the angle between the first housing 5601 and the second housing 5602 in the connection portion 5605. Further, a display device to which a function as a position input device is added to at least one of the first display portion 5603 and the second display portion 5604 may be used. Note that the function as a position input device can be added by providing a touch panel on the display device. Alternatively, the function as a position input device can be added by providing a photoelectric conversion element called a photosensor in a pixel portion of a display device.

図15(C)はノート型パーソナルコンピュータであり、筐体5401、表示部5402、キーボード5403、ポインティングデバイス5404等を有する。本発明の一態様にかかる半導体装置は、ノート型パーソナルコンピュータの各種集積回路に用いることができる。   FIG. 15C illustrates a laptop personal computer, which includes a housing 5401, a display portion 5402, a keyboard 5403, a pointing device 5404, and the like. The semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used for various integrated circuits of a notebook personal computer.

図15(D)は電気冷凍冷蔵庫であり、筐体5301、冷蔵室用扉5302、冷凍室用扉5303等を有する。本発明の一態様にかかる半導体装置は、電気冷凍冷蔵庫の各種集積回路に用いることができる。   FIG. 15D illustrates an electric refrigerator-freezer, which includes a housing 5301, a refrigerator door 5302, a refrigerator door 5303, and the like. The semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used for various integrated circuits of an electric refrigerator-freezer.

図15(E)はビデオカメラであり、第1筐体5801、第2筐体5802、表示部5803、操作キー5804、レンズ5805、接続部5806等を有する。本発明の一態様にかかる半導体装置は、ビデオカメラの各種集積回路に用いることができる。操作キー5804及びレンズ5805は第1筐体5801に設けられており、表示部5803は第2筐体5802に設けられている。そして、第1筐体5801と第2筐体5802とは、接続部5806により接続されており、第1筐体5801と第2筐体5802の間の角度は、接続部5806により変更が可能である。表示部5803における映像を、接続部5806における第1筐体5801と第2筐体5802との間の角度に従って切り替える構成としても良い。   FIG. 15E illustrates a video camera, which includes a first housing 5801, a second housing 5802, a display portion 5803, operation keys 5804, a lens 5805, a connection portion 5806, and the like. The semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used for various integrated circuits of a video camera. The operation key 5804 and the lens 5805 are provided in the first housing 5801, and the display portion 5803 is provided in the second housing 5802. The first housing 5801 and the second housing 5802 are connected by a connection portion 5806, and the angle between the first housing 5801 and the second housing 5802 can be changed by the connection portion 5806. is there. The video on the display portion 5803 may be switched in accordance with the angle between the first housing 5801 and the second housing 5802 in the connection portion 5806.

図15(F)は自動車であり、車体5101、車輪5102、ダッシュボード5103、ライト5104等を有する。本発明の一態様にかかる半導体装置は、自動車の各種集積回路に用いることができる。   FIG. 15F illustrates an automobile, which includes a car body 5101, wheels 5102, a dashboard 5103, lights 5104, and the like. The semiconductor device according to one embodiment of the present invention can be used for various integrated circuits of an automobile.

なお、本明細書等において、XとYとが接続されている、と明示的に記載する場合は、XとYとが電気的に接続されている場合と、XとYとが機能的に接続されている場合と、XとYとが直接接続されている場合とを含むものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも含むものとする。   Note that in this specification and the like, in the case where X and Y are explicitly described as being connected, X and Y are electrically connected and X and Y are functionally connected. The case where they are connected and the case where X and Y are directly connected are included. Therefore, it is not limited to a predetermined connection relationship, for example, the connection relationship shown in the figure or text, and includes things other than the connection relation shown in the figure or text.

ここで、X、Yは、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。   Here, X and Y are assumed to be objects (for example, devices, elements, circuits, wirings, electrodes, terminals, conductive films, layers, etc.).

XとYとが電気的に接続されている場合の一例としては、XとYとの電気的な接続を可能とする素子(例えば、スイッチ、トランジスタ、容量素子、インダクタ、抵抗素子、ダイオード、表示素子、発光素子、負荷など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、スイッチは、オンオフが制御される機能を有している。つまり、スイッチは、導通状態(オン状態)、または、非導通状態(オフ状態)になり、電流を流すか流さないかを制御する機能を有している。または、スイッチは、電流を流す経路を選択して切り替える機能を有している。   As an example of the case where X and Y are electrically connected, an element (for example, a switch, a transistor, a capacitive element, an inductor, a resistance element, a diode, a display, etc.) that enables electrical connection between X and Y is shown. More than one element, light emitting element, load, etc.) can be connected between X and Y. Note that the switch has a function of controlling on / off. That is, the switch is in a conductive state (on state) or a non-conductive state (off state), and has a function of controlling whether or not to pass a current. Alternatively, the switch has a function of selecting and switching a path through which a current flows.

XとYとが機能的に接続されている場合の一例としては、XとYとの機能的な接続を可能とする回路(例えば、論理回路(インバータ、NAND回路、NOR回路など)、信号変換回路(DA変換回路、AD変換回路、ガンマ補正回路など)、電位レベル変換回路(電源回路(昇圧回路、降圧回路など)、信号の電位レベルを変えるレベルシフタ回路など)、電圧源、電流源、切り替え回路、増幅回路(信号振幅または電流量などを大きく出来る回路、オペアンプ、差動増幅回路、ソースフォロワ回路、バッファ回路など)、信号生成回路、記憶回路、制御回路など)が、XとYとの間に1個以上接続されることが可能である。なお、一例として、XとYとの間に別の回路を挟んでいても、Xから出力された信号がYへ伝達される場合は、XとYとは機能的に接続されているものとする。   As an example of the case where X and Y are functionally connected, a circuit (for example, a logic circuit (an inverter, a NAND circuit, a NOR circuit, etc.) that enables a functional connection between X and Y, signal conversion, etc. Circuit (DA conversion circuit, AD conversion circuit, gamma correction circuit, etc.), potential level conversion circuit (power supply circuit (boost circuit, step-down circuit, etc.), level shifter circuit that changes signal potential level, etc.), voltage source, current source, switching Circuit, amplifier circuit (circuit that can increase signal amplitude or current amount, operational amplifier, differential amplifier circuit, source follower circuit, buffer circuit, etc.), signal generation circuit, memory circuit, control circuit, etc.) One or more can be connected between them. As an example, even if another circuit is interposed between X and Y, if the signal output from X is transmitted to Y, X and Y are functionally connected. To do.

なお、XとYとが電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、XとYとが電気的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟んで接続されている場合)と、XとYとが機能的に接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の回路を挟んで機能的に接続されている場合)と、XとYとが直接接続されている場合(つまり、XとYとの間に別の素子又は別の回路を挟まずに接続されている場合)とを含むものとする。つまり、電気的に接続されている、と明示的に記載する場合は、単に、接続されている、とのみ明示的に記載されている場合と同じであるとする。   Note that when X and Y are explicitly described as being electrically connected, when X and Y are electrically connected (that is, another element between X and Y). Or when X and Y are functionally connected (that is, they are functionally connected with another circuit between X and Y). And a case where X and Y are directly connected (that is, a case where another element or another circuit is not connected between X and Y). That is, when it is explicitly described that it is electrically connected, it is the same as when it is explicitly only described that it is connected.

なお、例えば、トランジスタのソース(又は第1の端子など)が、Z1を介して(又は介さず)、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z2を介して(又は介さず)、Yと電気的に接続されている場合や、トランジスタのソース(又は第1の端子など)が、Z1の一部と直接的に接続され、Z1の別の一部がXと直接的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)が、Z2の一部と直接的に接続され、Z2の別の一部がYと直接的に接続されている場合では、以下のように表現することが出来る。   Note that for example, the source (or the first terminal) of the transistor is electrically connected to X through (or not through) Z1, and the drain (or the second terminal or the like) of the transistor is connected to Z2. Through (or without), Y is electrically connected, or the source (or the first terminal, etc.) of the transistor is directly connected to a part of Z1, and another part of Z1 Is directly connected to X, and the drain (or second terminal, etc.) of the transistor is directly connected to a part of Z2, and another part of Z2 is directly connected to Y. Then, it can be expressed as follows.

例えば、「XとYとトランジスタのソース(又は第1の端子など)とドレイン(又は第2の端子など)とは、互いに電気的に接続されており、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yの順序で電気的に接続されている。」と表現することができる。または、「トランジスタのソース(又は第1の端子など)は、Xと電気的に接続され、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)はYと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この順序で電気的に接続されている」と表現することができる。または、「Xは、トランジスタのソース(又は第1の端子など)とドレイン(又は第2の端子など)とを介して、Yと電気的に接続され、X、トランジスタのソース(又は第1の端子など)、トランジスタのドレイン(又は第2の端子など)、Yは、この接続順序で設けられている」と表現することができる。これらの例と同様な表現方法を用いて、回路構成における接続の順序について規定することにより、トランジスタのソース(又は第1の端子など)と、ドレイン(又は第2の端子など)とを、区別して、技術的範囲を決定することができる。なお、これらの表現方法は、一例であり、これらの表現方法に限定されない。ここで、X、Y、Z1、Z2は、対象物(例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など)であるとする。   For example, “X and Y, and the source (or the first terminal or the like) and the drain (or the second terminal or the like) of the transistor are electrically connected to each other. The drain of the transistor (or the second terminal, etc.) and the Y are electrically connected in this order. ” Or “the source (or the first terminal or the like) of the transistor is electrically connected to X, the drain (or the second terminal or the like) of the transistor is electrically connected to Y, and X or the source ( Or the first terminal or the like, the drain of the transistor (or the second terminal, or the like) and Y are electrically connected in this order. Or “X is electrically connected to Y through the source (or the first terminal) and the drain (or the second terminal) of the transistor, and X is the source of the transistor (or the first terminal). Terminal, etc.), the drain of the transistor (or the second terminal, etc.), and Y are provided in this connection order. By using the same expression method as in these examples and defining the order of connection in the circuit configuration, the source (or the first terminal, etc.) and the drain (or the second terminal, etc.) of the transistor are separated. Apart from that, the technical scope can be determined. In addition, these expression methods are examples, and are not limited to these expression methods. Here, it is assumed that X, Y, Z1, and Z2 are objects (for example, devices, elements, circuits, wirings, electrodes, terminals, conductive films, layers, and the like).

なお、回路図上は独立している構成要素同士が電気的に接続しているように図示されている場合であっても、1つの構成要素が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合もある。例えば配線の一部が電極としても機能する場合は、一の導電膜が、配線の機能、及び電極の機能の両方の構成要素の機能を併せ持っている。したがって、本明細書における電気的に接続とは、このような、一の導電膜が、複数の構成要素の機能を併せ持っている場合も、その範疇に含める。   In addition, even when the components shown in the circuit diagram are electrically connected to each other, even when one component has the functions of a plurality of components. There is also. For example, in the case where a part of the wiring also functions as an electrode, one conductive film has both the functions of the constituent elements of the wiring function and the electrode function. Therefore, the term “electrically connected” in this specification includes in its category such a case where one conductive film has functions of a plurality of components.

なお、ある一つの実施の形態の中で述べる内容(一部の内容でもよい)は、その実施の形態で述べる別の内容(一部の内容でもよい)、及び/又は、一つ若しくは複数の別の実施の形態で述べる内容(一部の内容でもよい)に対して、適用、組み合わせ、又は置き換えなどを行うことが出来る。   Note that the content (may be a part of content) described in one embodiment is different from the content (may be a part of content) described in the embodiment and / or one or more Application, combination, replacement, or the like can be performed on the content described in another embodiment (or part of the content).

なお、実施の形態の中で述べる内容とは、各々の実施の形態において、様々な図を用いて述べる内容、又は明細書に記載される文章を用いて述べる内容のことである。   Note that the contents described in the embodiments are the contents described using various drawings or the contents described in the specification in each embodiment.

なお、ある一つの実施の形態において述べる図(一部でもよい)は、その図の別の部分、その実施の形態において述べる別の図(一部でもよい)、及び/又は、一つ若しくは複数の別の実施の形態において述べる図(一部でもよい)に対して、組み合わせることにより、さらに多くの図を構成させることが出来る。   Note that a drawing (or a part thereof) described in one embodiment may be another part of the drawing, another drawing (may be a part) described in the embodiment, and / or one or more. More diagrams can be formed by combining the diagrams (may be a part) described in another embodiment.

なお、明細書の中の図面や文章において規定されていない内容について、その内容を除くことを規定した発明の一態様を構成することが出来る。または、ある値について、上限値と下限値などで示される数値範囲が記載されている場合、その範囲を任意に狭めることで、または、その範囲の中の一点を除くことで、その範囲を一部除いた発明の一態様を規定することができる。これらにより、例えば、従来技術が本発明の一態様の技術的範囲内に入らないことを規定することができる。   In addition, about the content which is not prescribed | regulated in the drawing and text in a specification, the one aspect | mode of the invention which prescribed | regulated removing the content can be comprised. Or, when a numerical value range indicated by an upper limit value and a lower limit value is described for a certain value, the range is unified by arbitrarily narrowing the range or by removing one point in the range. One aspect of the invention excluding a part can be defined. Thus, for example, it can be defined that the prior art does not fall within the technical scope of one embodiment of the present invention.

具体例としては、ある回路において、第1乃至第5のトランジスタを用いている回路図が記載されているとする。その場合、その回路が、第6のトランジスタを有していないことを発明として規定することが可能である。または、その回路が、容量素子を有していないことを規定することが可能である。さらに、その回路が、ある特定の接続構造をとっているような第6のトランジスタを有していない、と規定して発明を構成することができる。または、その回路が、ある特定の接続構造をとっている容量素子を有していない、と規定して発明を構成することができる。例えば、ゲートが第3のトランジスタのゲートと接続されている第6のトランジスタを有していない、と発明を規定することが可能である。または、例えば、第1の電極が第3のトランジスタのゲートと接続されている容量素子を有していない、と発明を規定することが可能である。   As a specific example, a circuit diagram using the first to fifth transistors in a certain circuit is described. In that case, it can be specified as an invention that the circuit does not include the sixth transistor. Alternatively, it can be specified that the circuit does not include a capacitor. Furthermore, the invention can be configured by specifying that the circuit does not have the sixth transistor having a specific connection structure. Alternatively, the invention can be configured by specifying that the circuit does not include a capacitor having a specific connection structure. For example, the invention can be defined as having no sixth transistor whose gate is connected to the gate of the third transistor. Alternatively, for example, it can be specified that the first electrode does not include a capacitor connected to the gate of the third transistor.

別の具体例としては、ある値について、例えば、「ある電圧が、3V以上10V以下であることが好適である」と記載されているとする。その場合、例えば、ある電圧が、−2V以上1V以下である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば、ある電圧が、13V以上である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。なお、例えば、その電圧が、5V以上8V以下であると発明を規定することも可能である。なお、例えば、その電圧が、概略9Vであると発明を規定することも可能である。なお、例えば、その電圧が、3V以上10V以下であるが、9Vである場合を除くと発明を規定することも可能である。なお、ある値について、「このような範囲であることが好ましい」、「これらを満たすことが好適である」などと記載されていたとしても、ある値は、それらの記載に限定されない。つまり、「好ましい」、「好適である」などと記載されていたとしても、必ずしも、それらの記載には、限定されない。   As another specific example, a certain value is described as, for example, “It is preferable that a certain voltage is 3 V or more and 10 V or less”. In that case, for example, one embodiment of the invention can be defined as excluding the case where a certain voltage is −2 V or higher and 1 V or lower. Alternatively, for example, one embodiment of the invention can be defined as excluding the case where a certain voltage is 13 V or higher. Note that, for example, the invention can be specified such that the voltage is 5 V or more and 8 V or less. In addition, for example, it is also possible to prescribe | regulate invention that the voltage is about 9V. Note that, for example, the voltage is 3 V or more and 10 V or less, but the invention can be specified except for the case where the voltage is 9 V. Note that even if a value is described as “preferably in such a range”, “preferably satisfying these”, or the like, the value is not limited to the description. That is, even if it is described as “preferred” or “preferred”, the description is not necessarily limited thereto.

別の具体例としては、ある値について、例えば、「ある電圧が、10Vであることが好適である」と記載されているとする。その場合、例えば、ある電圧が、−2V以上1V以下である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば、ある電圧が、13V以上である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。   As another specific example, it is assumed that a certain value is described as, for example, “a certain voltage is preferably 10 V”. In that case, for example, one embodiment of the invention can be defined as excluding the case where a certain voltage is −2 V or higher and 1 V or lower. Alternatively, for example, one embodiment of the invention can be defined as excluding the case where a certain voltage is 13 V or higher.

別の具体例としては、ある物質の性質について、例えば、「ある膜は、絶縁膜である」と記載されているとする。その場合、例えば、その絶縁膜が、有機絶縁膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば、その絶縁膜が、無機絶縁膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば、その膜が、導電膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。または、例えば、その膜が、半導体膜である場合を除く、と発明の一態様を規定することが可能である。   As another specific example, it is assumed that the property of a certain substance is described as, for example, “a certain film is an insulating film”. In that case, for example, one embodiment of the invention can be defined as excluding the case where the insulating film is an organic insulating film. Alternatively, for example, one embodiment of the invention can be defined as excluding the case where the insulating film is an inorganic insulating film. Alternatively, for example, one embodiment of the invention can be defined as excluding the case where the film is a conductive film. Alternatively, for example, one embodiment of the invention can be defined as excluding the case where the film is a semiconductor film.

別の具体例としては、ある積層構造について、例えば、「A膜とB膜との間に、ある膜が設けられている」と記載されているとする。その場合、例えば、その膜が、4層以上の積層膜である場合を除く、と発明を規定することが可能である。または、例えば、A膜とその膜との間に、導電膜が設けられている場合を除く、と発明を規定することが可能である。   As another specific example, it is assumed that a certain laminated structure is described as “a film is provided between the A film and the B film”, for example. In that case, for example, the invention can be defined as excluding the case where the film is a laminated film of four or more layers. Alternatively, for example, the invention can be defined as excluding the case where a conductive film is provided between the A film and the film.

なお、本明細書等においては、能動素子(トランジスタ、ダイオードなど)、受動素子(容量素子、抵抗素子など)などが有するすべての端子について、その接続先を特定しなくても、当業者であれば、発明の一態様を構成することは可能な場合がある。つまり、接続先を特定しなくても、発明の一態様が明確であると言える。そして、接続先が特定された内容が、本明細書等に記載されている場合、接続先を特定しない発明の一態様が、本明細書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。特に、端子の接続先が複数のケース考えられる場合には、その端子の接続先を特定の箇所に限定する必要はない。したがって、能動素子(トランジスタ、ダイオードなど)、受動素子(容量素子、抵抗素子など)などが有する一部の端子についてのみ、その接続先を特定することによって、発明の一態様を構成することが可能な場合がある。   Note that in this specification and the like, a person skilled in the art can connect all terminals of an active element (a transistor, a diode, etc.), a passive element (a capacitor element, a resistance element, etc.) without specifying connection destinations. Thus, it may be possible to constitute an aspect of the invention. That is, it can be said that one aspect of the invention is clear without specifying the connection destination. And, when the content specifying the connection destination is described in this specification etc., it is possible to determine that one aspect of the invention that does not specify the connection destination is described in this specification etc. There is. In particular, when there are a plurality of cases where the terminal is connected, it is not necessary to limit the terminal connection to a specific location. Therefore, it is possible to constitute one embodiment of the present invention by specifying connection destinations of only some terminals of active elements (transistors, diodes, etc.) and passive elements (capacitance elements, resistance elements, etc.). There are cases.

なお、本明細書等においては、ある回路について、少なくとも接続先を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。または、ある回路について、少なくとも機能を特定すれば、当業者であれば、発明を特定することが可能な場合がある。つまり、機能を特定すれば、発明の一態様が明確であると言える。そして、機能が特定された発明の一態様が、本明細書等に記載されていると判断することが可能な場合がある。したがって、ある回路について、機能を特定しなくても、接続先を特定すれば、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。または、ある回路について、接続先を特定しなくても、機能を特定すれば、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。   Note that in this specification and the like, it may be possible for those skilled in the art to specify the invention when at least the connection portion of a circuit is specified. Alternatively, it may be possible for those skilled in the art to specify the invention when at least the function of a circuit is specified. That is, if the function is specified, it can be said that one aspect of the invention is clear. Then, it may be possible to determine that one embodiment of the invention whose function is specified is described in this specification and the like. Therefore, if a connection destination is specified for a certain circuit without specifying a function, the circuit is disclosed as one embodiment of the invention, and can constitute one embodiment of the invention. Alternatively, if a function is specified for a certain circuit without specifying a connection destination, the circuit is disclosed as one embodiment of the invention, and can constitute one embodiment of the invention.

なお、本明細書等においては、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することは可能である。したがって、ある部分を述べる図または文章が記載されている場合、その一部分の図または文章を取り出した内容も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能であるものとする。そして、その発明の一態様は明確であると言える。そのため、例えば、能動素子(トランジスタ、ダイオードなど)、配線、受動素子(容量素子、抵抗素子など)、導電層、絶縁層、半導体層、有機材料、無機材料、部品、装置、動作方法、製造方法などが単数もしくは複数記載された図面または文章において、その一部分を取り出して、発明の一態様を構成することが可能であるものとする。例えば、N個(Nは整数)の回路素子(トランジスタ、容量素子等)を有して構成される回路図から、M個(Mは整数で、M<N)の回路素子(トランジスタ、容量素子等)を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。別の例としては、N個(Nは整数)の層を有して構成される断面図から、M個(Mは整数で、M<N)の層を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。さらに別の例としては、N個(Nは整数)の要素を有して構成されるフローチャートから、M個(Mは整数で、M<N)の要素を抜き出して、発明の一態様を構成することは可能である。さらに別の例としては、「Aは、B、C、D、E、または、Fを有する」と記載されている文章から、一部の要素を任意に抜き出して、「Aは、BとEとを有する」、「Aは、EとFとを有する」、「Aは、CとEとFとを有する」、または、「Aは、BとCとDとEとを有する」などの発明の一態様を構成することは可能である。   Note that in this specification and the like, a part of the drawings or texts described in one embodiment can be extracted to constitute one embodiment of the present invention. Therefore, when a figure or a sentence describing a certain part is described, the content of the extracted part of the figure or the sentence is also disclosed as one aspect of the invention and may constitute one aspect of the invention. It shall be possible. And it can be said that one aspect of the invention is clear. Therefore, for example, active elements (transistors, diodes, etc.), wiring, passive elements (capacitance elements, resistance elements, etc.), conductive layers, insulating layers, semiconductor layers, organic materials, inorganic materials, components, devices, operating methods, manufacturing methods It is possible to extract one part of a drawing or a sentence on which one or more of the above are described and constitute one embodiment of the invention. For example, from a circuit diagram having N (N is an integer) circuit elements (transistors, capacitors, etc.), M (M is an integer, M <N) circuit elements (transistors, capacitors) Etc.) can be extracted to constitute one embodiment of the invention. As another example, M (M is an integer and M <N) layers are extracted from a cross-sectional view including N layers (N is an integer) to form one embodiment of the invention. It is possible to do. As another example, M elements (M is an integer and M <N) are extracted from a flowchart including N elements (N is an integer) to form one aspect of the invention. It is possible to do. As another example, a part of the elements is arbitrarily extracted from the sentence “A has B, C, D, E, or F”. "A has E and F", "A has C, E and F", or "A has B, C, D and E" It is possible to constitute one aspect of the invention.

なお、本明細書等においては、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念を導き出すことは、当業者であれば容易に理解される。したがって、ある一つの実施の形態において述べる図または文章において、少なくとも一つの具体例が記載される場合、その具体例の上位概念も、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。そして、その発明の一態様は、明確であると言える。   Note that in this specification and the like, when at least one specific example is described in a drawing or text described in one embodiment, it is easy for those skilled in the art to derive a superordinate concept of the specific example. To be understood. Therefore, in the case where at least one specific example is described in a drawing or text described in one embodiment, the superordinate concept of the specific example is also disclosed as one aspect of the invention. Aspects can be configured. One embodiment of the invention is clear.

なお、本明細書等においては、少なくとも図に記載した内容(図の中の一部でもよい)は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。したがって、ある内容について、図に記載されていれば、文章を用いて述べていなくても、その内容は、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。同様に、図の一部を取り出した図についても、発明の一態様として開示されているものであり、発明の一態様を構成することが可能である。そして、その発明の一態様は明確であると言える。   Note that in this specification and the like, at least the contents shown in the drawings (may be part of the drawings) are disclosed as one embodiment of the invention, and can constitute one embodiment of the invention It is. Therefore, if a certain content is described in the figure, even if it is not described using sentences, the content is disclosed as one aspect of the invention and may constitute one aspect of the invention. Is possible. Similarly, a drawing obtained by extracting a part of the drawing is also disclosed as one embodiment of the invention, and can constitute one embodiment of the invention. And it can be said that one aspect of the invention is clear.

本実施例においては、本発明の一態様に係る電圧制御発振器(VCO:Voltage−Controlled Oscillator)を作製し、評価した結果について説明する。本実施例に係るVCOの回路構成は、上記実施の形態で図2および図3に示す装置の回路構成で作製した。本実施例に係るVCOは、回路101[1]乃至101[n]をn=101とし、回路104[1]乃至104[m]をm=2のとしたものと、m=8としたものと、で2種類に分けて作製した。   In this example, a result of manufacturing and evaluating a voltage-controlled oscillator (VCO) according to one embodiment of the present invention will be described. The circuit configuration of the VCO according to this example was manufactured using the circuit configuration of the apparatus shown in FIGS. 2 and 3 in the above embodiment. In the VCO according to this embodiment, circuits 101 [1] to 101 [n] are set to n = 101, circuits 104 [1] to 104 [m] are set to m = 2, and m = 8. And were prepared in two types.

本実施例に係るVCOは、回路101[1]乃至101[101]を有し、回路101[1]乃至101[101]は、リング状に接続される。具体的には、回路101[1]乃至101[100]のそれぞれは、出力端子が次段の回路の入力端子と接続される。回路101[101]は、出力端子が回路101[1]の入力端子と接続される。また、回路101[51]の出力端子は、端子OUTとも接続される。端子OUTからは、VCOが発振することによって生成される信号が出力される。   The VCO according to this embodiment includes circuits 101 [1] to 101 [101], and the circuits 101 [1] to 101 [101] are connected in a ring shape. Specifically, each of the circuits 101 [1] to 101 [100] has an output terminal connected to an input terminal of the next-stage circuit. The output terminal of the circuit 101 [101] is connected to the input terminal of the circuit 101 [1]. The output terminal of the circuit 101 [51] is also connected to the terminal OUT. A signal generated by the oscillation of the VCO is output from the terminal OUT.

回路101[1]乃至101[101]のそれぞれは、回路102及びインバータ103を有する。回路102は、端子Aがインバータ103の出力端子と接続され、回路102の端子Bが次段のインバータ103の入力端子と接続される。即ち、101個のインバータ103がリング状に接続され、インバータリングを構成する。そして、各インバータ103の間に回路102が接続される。また、回路102は、配線BL、配線CONTEXT[1]乃至CONTEXT[m]及び配線WL[1]乃至WL[m]と接続される。   Each of the circuits 101 [1] to 101 [101] includes a circuit 102 and an inverter 103. In the circuit 102, the terminal A is connected to the output terminal of the inverter 103, and the terminal B of the circuit 102 is connected to the input terminal of the inverter 103 in the next stage. That is, 101 inverters 103 are connected in a ring shape to constitute an inverter ring. A circuit 102 is connected between the inverters 103. The circuit 102 is connected to the wiring BL, the wirings CONTEXT [1] to CONTEXT [m], and the wirings WL [1] to WL [m].

図3において、第2の領域112aは、回路102[1]乃至102[51]から構成されており、第4の領域112bは、回路102[52]乃至102[101]から構成されている。また、第3の領域113bは、インバータ103[i](iは2以上50以下の偶数)から構成される。第1の領域113aはインバータ103[i](iは1以上51以下の奇数)と、インバータ103[i](iは52以上100以下の偶数)と、から構成される。第5の領域113cは、インバータ103[i](iは53以上101以下の奇数)から構成される。 In FIG. 3, the second region 112a includes circuits 102 [1] to 102 [51], and the fourth region 112b includes circuits 102 [52] to 102 [101]. The third region 113b includes an inverter 103 [i 1 ] (i 1 is an even number of 2 to 50). The first region 113a includes an inverter 103 [i 2 ] (i 2 is an odd number from 1 to 51) and an inverter 103 [i 3 ] (i 3 is an even number from 52 to 100). The fifth region 113c is configured by the inverter 103 [i 4 ] (i 4 is an odd number of 53 or more and 101 or less).

ここで、インバータ103は、低電源電位として接地電位GNDを、高電源電位として電位VROを与える。また、配線BLは、低電源電位として接地電位GNDを、高電源電位として電位VDATAを与える。なお、以下で配線BLから入力する信号をAVD(analog voltage data)と呼ぶ場合もある。また、配線WL[1]乃至WL[m]は、低電源電位として電位VSSを、高電源電位として電位VDATAを与える。また、配線CONTEXT[1]乃至CONTEXT[m]は、低電源電位として接地電位GNDを、高電源電位として電位VCONTEXTを与える。 Here, the inverter 103, the ground potential GND as a low power supply potential, applying a potential V RO as the high power supply potential. The wiring BL is the ground potential GND as a low power supply potential, applying a potential V DATA as the high power supply potential. In the following, a signal input from the wiring BL may be referred to as AVD (analog voltage data). The wiring WL [1] to WL [m] is the electric potential V SS as the low power supply potential, applying a potential V DATA as the high power supply potential. The wirings CONTEXT [1] to CONTEXT [m] supply the ground potential GND as a low power supply potential and the potential V CONTEXT as a high power supply potential.

回路102は、回路104[1]乃至104[m]を有する。回路104[1]乃至104[m]のそれぞれは、端子Cが回路102の端子Aと接続され、回路104[1]乃至104[m]の端子Dが回路102の端子Bと接続される。また、回路104[1]乃至[m]のそれぞれは、配線BL、配線CONTEXT[1]乃至CONTEXT[m]のうち対応する1本の配線、配線WL[1]乃至WL[m]のうち対応する1本の配線と接続される。配線WL[1]乃至WL[m]のうち対応する1本の配線とは、回路104[j](jは1乃至mのいずれか一)においては配線WL[j]である。また、配線CONTEXT[1]乃至CONTEXT[m]のうち対応する1本の配線とは、回路104[j]においては配線CONTEXT[j]である。   The circuit 102 includes circuits 104 [1] to 104 [m]. In each of the circuits 104 [1] to 104 [m], the terminal C is connected to the terminal A of the circuit 102, and the terminal D of the circuits 104 [1] to 104 [m] is connected to the terminal B of the circuit 102. Each of the circuits 104 [1] to [m] corresponds to one of the wiring BL, the wiring CONTEXT [1] to CONTEXT [m], and the wiring WL [1] to WL [m]. Connected to one wiring. A corresponding one of the wirings WL [1] to WL [m] is the wiring WL [j] in the circuit 104 [j] (j is any one of 1 to m). Further, the corresponding one of the wirings CONTEXT [1] to CONTEXT [m] is the wiring CONTEXT [j] in the circuit 104 [j].

回路104[1]乃至104[m]のそれぞれは、トランジスタ105、トランジスタ106、トランジスタ107及び容量素子108を有する。トランジスタ105の第1の端子は配線BLと接続され、トランジスタ105の第2の端子はトランジスタ106のゲートと接続され、トランジスタ105のゲートは配線WL[1]乃至WL[m]のうち対応する1本の配線と接続される。トランジスタ106の第1の端子は端子Cと接続される。トランジスタ107の第1の端子はトランジスタ106の第2の端子と接続され、第2の端子はトランジスタ107の端子Dと接続され、トランジスタ107のゲートは配線CONTEXT[1]乃至CONTEXT[m]のうち対応する1本の配線と接続される。容量素子108の第1の端子はトランジスタ106のゲートと接続され、容量素子108の第2の端子は所定の電位が供給される配線と接続される。   Each of the circuits 104 [1] to 104 [m] includes a transistor 105, a transistor 106, a transistor 107, and a capacitor 108. The first terminal of the transistor 105 is connected to the wiring BL, the second terminal of the transistor 105 is connected to the gate of the transistor 106, and the gate of the transistor 105 corresponds to one of the wirings WL [1] to WL [m]. Connected to book wiring. A first terminal of the transistor 106 is connected to the terminal C. The first terminal of the transistor 107 is connected to the second terminal of the transistor 106, the second terminal is connected to the terminal D of the transistor 107, and the gate of the transistor 107 is the wiring CONTEXT [1] to CONTEXT [m]. It is connected to one corresponding wiring. A first terminal of the capacitor 108 is connected to the gate of the transistor 106, and a second terminal of the capacitor 108 is connected to a wiring to which a predetermined potential is supplied.

トランジスタ105は、チャネル長を1μm、チャネル幅を4μmとし、トランジスタ106およびトランジスタ107は、チャネル長を0.5μm、チャネル幅を16μmとした。また、トランジスタ106およびトランジスタ107は、チャネル形成領域にシリコンを用いている。   The transistor 105 has a channel length of 1 μm and a channel width of 4 μm, and the transistors 106 and 107 have a channel length of 0.5 μm and a channel width of 16 μm. In addition, the transistor 106 and the transistor 107 use silicon for a channel formation region.

トランジスタ105は、チャネル形成領域にIn−Ga−Zn酸化物であるCAAC−OS膜を用いている。これにより、トランジスタ105はオフ電流が非常に小さくなっており、容量素子108に貯めた電荷の漏れを少なくすることができる。さらに、トランジスタ105をオフ状態とするときは、トランジスタ105のゲートに接地電位GNDより低い電位VSSを印加して非導通状態とすることで、トランジスタ105のオフ電流をより低減し、容量素子108の電荷保持特性を向上させている。 The transistor 105 uses a CAAC-OS film that is an In—Ga—Zn oxide in a channel formation region. Accordingly, the off-state current of the transistor 105 is extremely small, and leakage of electric charge stored in the capacitor 108 can be reduced. Further, when the transistor 105 turned off, by a non-conducting state by applying a low voltage V SS from the ground potential GND to the gate of the transistor 105, and further reduce the off-current of the transistor 105, a capacitor 108 This improves the charge retention characteristics.

また、トランジスタ105は、バックゲートを有しており、バックゲートの電圧VBGを変えることでトランジスタ105の閾値を制御させることができる。 Further, the transistor 105 has a back gate, and the threshold value of the transistor 105 can be controlled by changing the voltage V BG of the back gate.

なお、トランジスタ106のゲート容量は16fF、保持容量は2fFとしており、ノードSN全体でゲート容量と保持容量の合成容量は18fFとしている。   Note that the transistor 106 has a gate capacitance of 16 fF and a storage capacitance of 2 fF, and the combined capacitance of the gate capacitance and the storage capacitance of the entire node SN is 18 fF.

次にm=2の構成としたVCOのチップの写真を図16に示す。また、図16に示すVCOのチップの一部のレイアウト図面を図17に示す。図16に示すVCOは、第1の領域113a、第2の領域112a、第3の領域113b、第4の領域112bおよび第5の領域113cを含み、さらに図3に図示されていない第6の領域114a、第7の領域114bおよび第8の領域115を含んで構成される。   Next, FIG. 16 shows a photograph of a VCO chip configured with m = 2. FIG. 17 shows a layout diagram of a part of the VCO chip shown in FIG. The VCO shown in FIG. 16 includes a first region 113a, a second region 112a, a third region 113b, a fourth region 112b, and a fifth region 113c, and a sixth region not shown in FIG. A region 114a, a seventh region 114b, and an eighth region 115 are included.

第6の領域114aおよび第7の領域114bは、配線BLと、配線BLに電位を与えるためのバッファと、当該バッファ周辺の配線が含まれている。第8の領域115は、配線WL[1]およびWL[2]と、配線CONTEXT[1]およびCONTEXT[2]と、これらの配線に電位を与えるためのバッファと、当該バッファ周辺の配線が含まれている。   The sixth region 114a and the seventh region 114b include a wiring BL, a buffer for applying a potential to the wiring BL, and wiring around the buffer. The eighth region 115 includes wirings WL [1] and WL [2], wirings CONTEXT [1] and CONTEXT [2], a buffer for applying a potential to these wirings, and wiring around the buffers. It is.

図17に示す平面レイアウトには、第1の領域113aに含まれるインバータ103[1]と、第2の領域112aに含まれる回路104[1−1]、回路104[1−2]、回路104[2−1]、回路104[2−2]と、第3の領域113bに含まれるインバータ103[2]を示す。ここで、回路104[1−1]および回路104[1−2]は、回路102[1]に含まれる回路104[1]および回路104[2]を指す。回路104[2−1]および回路104[2−2]は、回路102[2]に含まれる回路104[1]および回路104[2]を指す。なお、図17に示す平面レイアウトの回路104[1−1]および回路104[1−2]は、図9(A)および(B)に示すレイアウトの範囲とほぼ対応している。   The planar layout illustrated in FIG. 17 includes an inverter 103 [1] included in the first region 113a, a circuit 104 [1-1], a circuit 104 [1-2], and a circuit 104 included in the second region 112a. [2-1], the circuit 104 [2-2], and the inverter 103 [2] included in the third region 113b are illustrated. Here, the circuit 104 [1-1] and the circuit 104 [1-2] indicate the circuit 104 [1] and the circuit 104 [2] included in the circuit 102 [1]. The circuits 104 [2-1] and 104 [2-2] refer to the circuits 104 [1] and 104 [2] included in the circuit 102 [2]. Note that the circuit 104 [1-1] and the circuit 104 [1-2] in the planar layout illustrated in FIG. 17 substantially correspond to the layout range illustrated in FIGS. 9A and 9B.

先の実施の形態で図9(B)で示したように、回路104[1−1]および回路104[1−2]において、開口部Cと開口部Cの間の距離をa−aとみなし、開口部Dと開口部Dの間の距離をb−bとみなすことができる。図17に示す平面レイアウトに示すように、本実施例に係るVCOにおいても、関係はa−a=b−bとなる。 As shown in the above embodiment in FIG. 9 (B), the in circuit 104 [1-1] and the circuit 104 [1-2], the distance between the openings C 1 and the opening C 2 a 2 regarded as -a 1, the distance between the openings D 1 and the opening portion D 2 can be regarded as b 1 -b 2. As shown in the plane layout shown in FIG. 17, the relationship is a 2 −a 1 = b 1 −b 2 also in the VCO according to the present embodiment.

つまり、本実施例に係るVCOにおいても、開口部Cと開口部Cの間の距離が開口部Dと開口部Dの間の距離と概略等しくなっている。これにより、回路104の配線経路の選択によらず、回路102の端子Aと端子Bの間の配線抵抗を概略等しくすることができる。 That is, even in the VCO according to the present embodiment, the distance between the openings C 1 and the opening C 2 are equal distance and schematic between openings D 1 and the opening portion D 2. Thereby, the wiring resistance between the terminal A and the terminal B of the circuit 102 can be made substantially equal regardless of the selection of the wiring path of the circuit 104.

また、図3で回路101[1]および回路101[2]等で示したように、図17に示す平面レイアウトは、奇数段の回路101と偶数段の回路101が対にして設けられている。具体的には、奇数段の回路102(回路104[1−1]と回路104[1−2])と、偶数段の回路102(回路104[2−1]と回路104[2−2])とが行方向に隣接して設けられており、この一群の回路に対して、列方向下側に隣接して奇数段のインバータ103(インバータ103[1])が設けられ、列方向上側に隣接して偶数段のインバータ103(インバータ103[2])が設けられる。これにより、奇数段の回路102と偶数段の回路102の行方向の幅の分のスペースを、それぞれ奇数段のインバータ103と偶数段のインバータ103に用いることができている。これによりインバータ103の占有面積の増大を抑えながら、インバータ103を構成するトランジスタのチャネル幅を長くすることができる。   Further, as shown by the circuits 101 [1] and 101 [2] in FIG. 3, the planar layout shown in FIG. 17 is provided with the odd-numbered circuits 101 and the even-numbered circuits 101 in pairs. . Specifically, the odd-numbered stage circuit 102 (circuit 104 [1-1] and circuit 104 [1-2]) and the even-numbered stage circuit 102 (circuit 104 [2-1] and circuit 104 [2-2]). ) Are provided adjacent to each other in the row direction, and an odd number of inverters 103 (inverter 103 [1]) are provided adjacent to the lower side in the column direction for this group of circuits. An even-numbered inverter 103 (inverter 103 [2]) is provided adjacently. As a result, the space corresponding to the width in the row direction of the odd-numbered circuit 102 and the even-numbered circuit 102 can be used for the odd-numbered inverter 103 and the even-numbered inverter 103, respectively. Thus, the channel width of the transistors constituting the inverter 103 can be increased while suppressing an increase in the area occupied by the inverter 103.

m=2のVCOについて、配線BLから入力する電位VDATA(AVD)に対する出力の発振周波数を評価した結果について図18(A)および図18(B)に示す。図18(A)は、横軸に電位VDATA[V]を、縦軸に出力の発振周波数[MHz]をリニアスケールでとる。図18(B)は、横軸に電位VDATA[V]を、縦軸に出力の発振周波数[MHz]をlogスケールでとる。 FIG. 18A and FIG. 18B show the results of evaluating the oscillation frequency of the output with respect to the potential V DATA (AVD) input from the wiring BL for the m = 2 VCO. In FIG. 18A, the horizontal axis represents potential V DATA [V], and the vertical axis represents output oscillation frequency [MHz] on a linear scale. In FIG. 18B, the horizontal axis represents the potential V DATA [V], and the vertical axis represents the output oscillation frequency [MHz] on a log scale.

電位VRO=1.0V、1.2Vおよび1.5Vの3条件について発振周波数を測定した。ここでは、回路104[1]のみを選択した。他の条件については、VCONTEXT=3.0V、VBG=0V、VSS=−0.2Vとし、書き込み時間を1.0msとした。 The oscillation frequency was measured under three conditions of potential V RO = 1.0V, 1.2V and 1.5V. Here, only the circuit 104 [1] is selected. For other conditions, V CONTEXT = 3.0 V, V BG = 0 V, V SS = −0.2 V, and the writing time was 1.0 ms.

図18(A)および図18(B)から、AVDを変更するだけで発振周波数を制御可能であることがわかった。VRO=1.5Vとした条件で、電位VDATA=1.0以上3.0V以下の範囲で発振周波数は197mHz以上9.65MHz以下であり、7桁を超える可変発振周波数帯域を持つことがわかった。 18A and 18B show that the oscillation frequency can be controlled simply by changing the AVD. Under the condition of V RO = 1.5 V, the oscillation frequency is 197 mHz or more and 9.65 MHz or less in the range of potential V DATA = 1.0 to 3.0 V, and it has a variable oscillation frequency band exceeding 7 digits. all right.

なお、AVDの変化に対して、発振周波数の変化率は異なる。例えば、VDATAが2.5V以上3.0V以下では、発振周波数は0.06decades/100mVとなり、VDATAが1.0V以上1.5V以下では、発振周波数は1.24decades/100mVである。これは、VDATAが2.5V以上3.0V以下では、トランジスタ106の導電率は相対的に高く、インバータ103による遅延が支配的になり、AVDの変化に対するトランジスタ106による遅延の変化率の影響は小さいためである。一方、VDATAが1.0V以上1.5V以下では、トランジスタ106の導電率は相対的に低く、トランジスタ106による遅延が支配的になり、発振周波数のAVD依存は大きいためである。 Note that the rate of change of the oscillation frequency differs with respect to the change of AVD. For example, when V DATA is 2.5 V to 3.0 V, the oscillation frequency is 0.06 decades / 100 mV, and when V DATA is 1.0 V to 1.5 V, the oscillation frequency is 1.24 decades / 100 mV. This is because when V DATA is 2.5 V or more and 3.0 V or less, the conductivity of the transistor 106 is relatively high, and the delay due to the inverter 103 becomes dominant, and the influence of the change rate of the delay due to the transistor 106 on the change in AVD. Because it is small. On the other hand, when V DATA is 1.0 V or more and 1.5 V or less, the conductivity of the transistor 106 is relatively low, the delay due to the transistor 106 becomes dominant, and the AVD dependence of the oscillation frequency is large.

AVDが高い領域では、インバータ103による遅延が支配的になるため、電位VROを変化させたときの、発振周波数の変化量は大きい。VDATAが1.0V以上1.5V以下における発振周波数の平均増加率は、VRO=1.0V、1.2V、1.5Vとしたとき、各々0.82decades/100mV,1.10decades/100mV,1.24decades/100mVである。従って、広い周波数帯域が求められる用途では、インバータ103の駆動電圧を高く設定し、小刻みな周波数制御が求められる用途では、インバータ103の駆動電圧を低く設定する例を挙げることができる。 In the region where the AVD is high, the delay due to the inverter 103 becomes dominant, so that the amount of change in the oscillation frequency when the potential VRO is changed is large. The average increase rate of the oscillation frequency when V DATA is 1.0 V or more and 1.5 V or less is 0.82 decades / 100 mV and 1.10 decades / 100 mV, respectively, when V RO = 1.0 V, 1.2 V, and 1.5 V. , 1.24 decades / 100 mV. Therefore, an example in which the drive voltage of the inverter 103 is set high in an application where a wide frequency band is required, and the drive voltage of the inverter 103 is set low in an application in which small frequency control is required can be given.

次に、図18(A)および図18(B)に示す各点における消費電力を図19に示す。図19は、横軸に電位VDATA[V]を、縦軸に消費電力[mW]をとる。 Next, power consumption at each point illustrated in FIGS. 18A and 18B is illustrated in FIG. In FIG. 19, the horizontal axis represents potential V DATA [V], and the vertical axis represents power consumption [mW].

各条件において、消費電力のVROおよびVDATAへの依存性は、おおよそ図18(A)に示した発振周波数のVROおよびVDATAへの依存と相関があることが分かる。従って、目的とする発振周波数と消費電力を考慮して、VROおよびVDATAを設定することが有効である。また、VDATAがVROに対して相対的に小さくなると、回路104を介して電圧降下が起こり、次段のインバータに中間電位が印加され、電力効率が悪くなる領域も存在する。 Under each condition, it can be seen that the dependence of power consumption on V RO and V DATA is roughly correlated with the dependence of the oscillation frequency on V RO and V DATA shown in FIG. Thus, taking into account the power consumption and the oscillation frequency of interest, it is effective to set the V RO and V DATA. In addition, when V DATA becomes relatively small with respect to V RO , a voltage drop occurs through the circuit 104, an intermediate potential is applied to the inverter at the next stage, and there is a region where power efficiency is deteriorated.

次に、回路104[1]にVDATA=2.5Vを格納し、VRO=1.5VでVCOを発振させたときの時間経過に伴う発振周波数の推移を図20に示す。図20は、横軸に経過時間[hour]を、縦軸に発振周波数[MHz]をとる。 Next, FIG. 20 shows changes in the oscillation frequency over time when V DATA = 2.5 V is stored in the circuit 104 [1] and the VCO is oscillated at V RO = 1.5 V. In FIG. 20, the horizontal axis represents elapsed time [hour], and the vertical axis represents oscillation frequency [MHz].

図20では、VSS=0V、−0.2Vの2条件での測定結果について示している。初期状態では両条件とも発振周波数は9.10MHzであったが、VSS=0Vの条件では、時間の経過に伴って発振周波数が減衰し、5時間経過後には発振周波数が約7.7%低下し、それ以降急激に発振周波数が低下した。 FIG. 20 shows the measurement results under two conditions of V SS = 0V and −0.2V. In the initial state, the oscillation frequency was 9.10 MHz in both conditions, but under the condition of V SS = 0V, the oscillation frequency attenuated as time passed, and the oscillation frequency was about 7.7% after 5 hours. The oscillation frequency decreased rapidly after that.

一方、VSS=−0.2Vの条件では、時間経過に伴う発振周波数の低下はほとんどなかった。24時間経過後も発振周波数は9.02MHであり、0.87%しか低下しなかった。図18(A)のグラフと対応させると、VDATAが一様に減少した場合、24時間経過後のVDATAの減衰は、約30mVと見積もられる。 On the other hand, under the condition of V SS = −0.2 V, there was almost no decrease in the oscillation frequency with time. The oscillation frequency after 24 hours was 9.02MH Z, only 0.87% did not decrease. In correspondence with the graph of FIG. 18A, when V DATA decreases uniformly, the attenuation of V DATA after 24 hours is estimated to be about 30 mV.

ここで、時間をt(s)、保持容量C(F)、電圧変化量ΔV(V)とするとき、リーク電流Ileakは以下の式(2)で表される。 Here, when the time is t (s), the storage capacitor C (F), and the voltage change amount ΔV (V), the leakage current I leak is expressed by the following equation (2).

t=86400(s)、C=18(fF)、ΔV=0.03Vなので、式(2)よりリーク電流Ileak=6E−21(A)と見積もられる。よって、極めて低頻度のリフレッシュを行うことで、AVDを長期間保持することが可能であることがわかる。以下の評価は、24時間経過時の発振周波数の減衰が1%未満となる条件、すなわち、VSS=−0.2Vに設定した。 Since t = 86400 (s), C = 18 (fF), and ΔV = 0.03 V, the leakage current I leak = 6E-21 (A) is estimated from the equation (2). Therefore, it can be seen that AVD can be retained for a long period of time by performing extremely low frequency refresh. In the following evaluation, the condition where the attenuation of the oscillation frequency after 24 hours was less than 1%, that is, V SS = −0.2 V was set.

次に、VRO=1.5VでVCOを発振させたときの発振周波数のスペクトル変化を図21(A)および図21(B)に示す。図21(A)および図21(B)は、横軸に発振周波数[MHz]を、縦軸に出力[dBm]をとる。 Next, FIG. 21A and FIG. 21B show changes in the spectrum of the oscillation frequency when the VCO is oscillated at V RO = 1.5V. In FIGS. 21A and 21B, the horizontal axis represents the oscillation frequency [MHz], and the vertical axis represents the output [dBm].

図21(A)はAVDを2.5Vと設定した際のグラフである。図21(A)に示す3つのスペクトルは、配線BLを介してノードSNにVDATAを与えた直後を0minとしたスペクトル、90min後のスペクトル、180min後のスペクトルである。 FIG. 21A is a graph when AVD is set to 2.5V. The three spectra shown in FIG. 21A are a spectrum with 0 min immediately after applying V DATA to the node SN through the wiring BL, a spectrum after 90 min, and a spectrum after 180 min.

図21(B)はAVDを2.0Vと設定した際のグラフである。図21(B)に示す3つのスペクトルは、配線BLを介してノードSNにVDATAを与えた直後を0minとしたスペクトル、90min後のスペクトル、180min後のスペクトルである。 FIG. 21B is a graph when AVD is set to 2.0V. The three spectra shown in FIG. 21B are a spectrum with 0 min immediately after applying V DATA to the node SN through the wiring BL, a spectrum after 90 min, and a spectrum after 180 min.

図21(A)より、AVD=2.5Vの場合、0minのスペクトルにおけるピーク周波数は9.10MHzであり、180min経過時のピーク周波数は9.07MHzである。すなわち、発振周波数は0.34%減衰したことを示している。一方、図21(B)より、AVD=2.0Vの場合、0minのスペクトルにおけるピーク周波数は6.63MHzであり、180min経過時のピーク周波数は6.58MHzである。すなわち、発振周波数は0.74%減衰したことを示している。   From FIG. 21A, when AVD = 2.5V, the peak frequency in the spectrum of 0 min is 9.10 MHz, and the peak frequency after the elapse of 180 min is 9.07 MHz. That is, the oscillation frequency is attenuated by 0.34%. On the other hand, from FIG. 21B, when AVD = 2.0 V, the peak frequency in the 0 min spectrum is 6.63 MHz, and the peak frequency when 180 min elapses is 6.58 MHz. That is, the oscillation frequency is attenuated by 0.74%.

これにより、VSS=−0.2Vの条件下においては、AVDによらず発振周波数の変化量は非常に小さい、すなわち、AVDのデータ保持特性が極めて良好であることが分かった。 Thus, it was found that, under the condition of V SS = −0.2 V, the amount of change in the oscillation frequency is very small regardless of AVD, that is, the data retention characteristic of AVD is very good.

さらに、図21(A)のスペクトルからAVDを2.5Vと設定した際のt=0minにおけるFOM(figure of merit)を、式(3)を用いて算出した。   Furthermore, the FOM (figure of merit) at t = 0 min when AVD was set to 2.5 V was calculated from the spectrum of FIG.

ここで、Phnはphase noise、Fcは中心周波数、Pは消費電力を示す。   Here, Phn is phase noise, Fc is a center frequency, and P is power consumption.

表1に本実施例のFOMと、リングオシレータ型VCOの比較例1、比較例2のFOMを示す。なお、比較例1は文献1(S. B. Anand and B. Razavi, ”A CMOS clock recovery circuit for 2.5−Gb/s NRZ data,” IEEE. J. Solid−State Circuits, vol. 36, no. 3, pp. 432−439, Mar. 2001.)を、比較例2は文献2(C. Zhai et al., ”An N−path Filter Enhanced Low Phase Noise Ring VCO,” in Proc. VLSI Circuits Symp., 2014, pp. 187−188.)を参照した。   Table 1 shows the FOM of this example and the FOMs of comparative example 1 and comparative example 2 of the ring oscillator type VCO. Comparative Example 1 is described in Reference 1 (S. B. Andand and B. Razavi, “A CMOS clock recovery circuit for 2.5-Gb / s NRZ data,” IEEE. J. Solid-State Circuits, v. 36. No. 3, pp. 432-439, Mar. 2001., Comparative Example 2 is Reference 2 (C. Zhai et al., “An N-path Filter Enhanced Low Phase Noise Ring VCO,” in Proc. VLSIs Cis. VLSI Cis. Symp., 2014, pp. 187-188.).

表1に示すように、本実施例に示すVCOは、他のリングオシレータ型のVCOのFOMと比較して、同等または同等以上の性能である。   As shown in Table 1, the VCO shown in this example has the same or better performance than the FOM of other ring oscillator type VCOs.

本実施例に示すVCOは、アナログ電位をノードSNに保持でき、電源遮断後の再起動時も発振周波数を維持できる。図22(A)および図22(B)には、一例として、VDATAを2.5Vとしたときの、電源遮断状態から再起動させた際の端子OUTで得られる波形図を示す。ここでは、VRO =1.5V、VSS=−0.2V、VBG=0Vの条件にて評価を行った。なお、図22(B)は、図22(A)の再起動時付近の拡大図である。 The VCO shown in this embodiment can hold the analog potential at the node SN and can maintain the oscillation frequency even when the power supply is restarted. FIGS. 22A and 22B show waveform diagrams obtained at the terminal OUT when restarting from a power-off state when V DATA is set to 2.5 V as an example. Here, the evaluation was performed under the conditions of V RO = 1.5 V, V SS = −0.2 V, and V BG = 0V. Note that FIG. 22B is an enlarged view of the vicinity of the restart in FIG.

図22(A)および図22(B)に示す波形図から、時刻(α+1.0)μsにおいて、電源遮断状態から再起動させたところ、100ns以下で発振が再開されていることがわかった。なお図22(A)において、αは1hourである。すなわち、図22(A)および図22(B)から、1時間経過後であっても良好な発振が再開されていることがわかった。   From the waveform diagrams shown in FIGS. 22A and 22B, it was found that oscillation was resumed in 100 ns or less when restarted from the power-off state at time (α + 1.0) μs. In FIG. 22A, α is 1 hour. That is, from FIGS. 22A and 22B, it was found that good oscillation was resumed even after 1 hour had elapsed.

以上より、本実施例に係るVCOをPLLに適用する場合、発振周波数の維持に要する低頻度のリフレッシュ動作を行う以外の期間、VCO以外の構成回路への電源をオフにできる。そのため、本実施例に係るVCOを適用したPLLは、消費電力を抑制できる。   As described above, when the VCO according to this embodiment is applied to the PLL, the power to the constituent circuits other than the VCO can be turned off during a period other than the low-frequency refresh operation required for maintaining the oscillation frequency. Therefore, the PLL to which the VCO according to the present embodiment is applied can suppress power consumption.

また、本実施例に係るVCOをPLLに適用する場合、電源遮断状態から再起動させた場合においても、以前の発振周波数を出力するためのVDATAを保持しておくことができる。そのため、瞬時の再起動を行うことができる。 Further, when the VCO according to the present embodiment is applied to the PLL, V DATA for outputting the previous oscillation frequency can be held even when restarting from the power-off state. Therefore, an instantaneous restart can be performed.

また本実施例に示すVCOは、回路104[1]乃至104[m]毎に異なるアナログ電位のVDATAを設定しておき、回路104[1]乃至104[m]の選択を切り替えることで、短時間に発振周波数を変更することができる。図23は、VRO=1.5Vとし、回路104[1]にVDATA=1.8V、回路104[2]にVDATA=2.5Vを設定し、回路104[1]と回路104[2]とを切り替えた際のVCOの端子OUTで得られる波形図を示す。 The VCO shown in this embodiment sets different analog potential V DATA for each of the circuits 104 [1] to 104 [m], and switches the selection of the circuits 104 [1] to 104 [m]. The oscillation frequency can be changed in a short time. In FIG. 23, V RO = 1.5 V, V DATA = 1.8 V is set in the circuit 104 [1], V DATA = 2.5 V is set in the circuit 104 [2], and the circuits 104 [1] and 104 [ 2] is a waveform diagram obtained at the terminal OUT of the VCO when switching to [2].

図23では、時刻tが0μsec以上1.0μsec未満の期間において、回路104[1]が選択されており、1.8VのAVDに従った発振周波数4.0MHzの信号が出力されている。t=1.0μsecにて、選択する回路を回路104[2]に変更すると、出力される信号の発振周波数が9.1MHzに瞬間的に変化する。   In FIG. 23, the circuit 104 [1] is selected in a period in which the time t is 0 μsec or more and less than 1.0 μsec, and a signal having an oscillation frequency of 4.0 MHz according to 1.8V AVD is output. When the selected circuit is changed to the circuit 104 [2] at t = 1.0 μsec, the oscillation frequency of the output signal instantaneously changes to 9.1 MHz.

このように、図23に示す波形図から、本実施例に係るVCOは100ns以下での発振周波数の切り替えが可能であることがわかった。   Thus, from the waveform diagram shown in FIG. 23, it was found that the VCO according to this example can switch the oscillation frequency in 100 ns or less.

また本実施例に示す、m=2のVCOについて、回路104[1]と回路104[2]をそれぞれ選択して配線BLから入力する電位VDATA(AVD)に対する出力の発振周波数を評価した結果について図24に示す。図24は、横軸に電位VDATA[V]を、縦軸に出力の発振周波数[MHz]をとる。 As a result of evaluating the output oscillation frequency with respect to the potential V DATA (AVD) input from the wiring BL by selecting the circuit 104 [1] and the circuit 104 [2] for the VCO of m = 2 shown in this embodiment. Is shown in FIG. In FIG. 24, the horizontal axis represents the potential V DATA [V], and the vertical axis represents the output oscillation frequency [MHz].

電位VRO=1.0V、1.2Vおよび1.5Vの3条件について発振周波数を測定した。他の条件については、VCONTEXT=2.5V、VBG=0V、VSS=−0.2Vとし、書き込み時間を1.0msとした。 The oscillation frequency was measured under three conditions of potential V RO = 1.0V, 1.2V and 1.5V. For other conditions, V CONTEXT = 2.5 V, V BG = 0 V, V SS = −0.2 V, and the writing time was 1.0 ms.

図24に示す通り、電位VRO=1.0V、1.2Vおよび1.5Vのどの条件についても、回路104[1]と回路104[2]とで入力するAVDが同じならば、出力される発振周波数もほぼ同じになった。つまり、本実施例に示すVCOにおいて、回路104[1]と回路104[2]のどちらを選択しても発振周波数は同じであった。 As shown in FIG. 24, for any condition of potential V RO = 1.0V, 1.2V, and 1.5V, if the AVD input in the circuit 104 [1] and the circuit 104 [2] is the same, it is output. The oscillation frequency is almost the same. That is, in the VCO shown in this embodiment, the oscillation frequency is the same regardless of which of the circuit 104 [1] and the circuit 104 [2] is selected.

以上より、本実施例に示すVCOにおいて、選択する回路104に依らず配線長を概略均一にすることができ、選択する回路104の違いによって信号の遅延が発生することを防ぐことができることが示された。これにより、本発明の一態様に係る半導体装置において、特定のデータに対応する発振周波数を概略等しくすることができるので、発振周波数の精度を向上させることができる。   From the above, it can be seen that in the VCO shown in this embodiment, the wiring length can be made substantially uniform regardless of the circuit 104 to be selected, and the occurrence of signal delay due to the difference in the circuit 104 to be selected can be prevented. It was done. Thus, in the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, the oscillation frequency corresponding to specific data can be made approximately equal, so that the accuracy of the oscillation frequency can be improved.

次に、m=8のVCOにおいて、回路104[1]乃至104[8]にVDATA=2.5Vを設定して、選択する回路104の個数を、1、2、3、4として、発振周波数の測定を行った。ここでは、VRO =3.0V、VSS=−0.2V、VBG=0Vの条件にて評価を行った。図25に選択する回路104の個数と発振周波数の関係のグラフを示す。 Next, in a VCO with m = 8, V DATA = 2.5V is set in the circuits 104 [1] to 104 [8], and the number of circuits 104 to be selected is 1, 2, 3, 4 and oscillates. The frequency was measured. Here, the evaluation was performed under the conditions of V RO = 3.0 V, V SS = −0.2 V, and V BG = 0V. FIG. 25 shows a graph of the relationship between the number of circuits 104 to be selected and the oscillation frequency.

選択する回路104が1つの時の発振周波数は6.97MHzであるのに対して、選択する回路104の数を2、3、4にすることで発振周波数は9.93MHz、10.80MHz、11.10MHzへ増大する。これは、選択する回路104の数を増やす事で、回路102の導電率が向上し、遅延が低減するためである。すなわち、選択する回路104の個数による発振周波数の制御が可能であることを示している。   The oscillation frequency when one circuit 104 is selected is 6.97 MHz, whereas the number of circuits 104 to be selected is 2, 3, and 4, so that the oscillation frequency is 9.93 MHz, 10.80 MHz, 11 Increase to 10 MHz. This is because increasing the number of circuits 104 to be selected improves the conductivity of the circuit 102 and reduces the delay. That is, the oscillation frequency can be controlled by the number of circuits 104 to be selected.

なお、選択する回路104の数が増大し、導電率が向上すると、VCOの発振周波数において、相対的にインバータにおける遅延時間の寄与が増大する。したがって、選択する回路104の個数を増やす程、選択する回路104の数の増加に対するVCOの発振周波数の増加率は低下する。   If the number of circuits 104 to be selected is increased and the conductivity is improved, the contribution of the delay time in the inverter is relatively increased at the oscillation frequency of the VCO. Therefore, as the number of circuits 104 to be selected is increased, the increase rate of the oscillation frequency of the VCO with respect to the increase in the number of circuits 104 to be selected is lowered.

複数のアナログメモリセットを持つVCOを用いた場合、各回路104には異なるAVDを保持させることが可能である。従って、上記の選択する回路104の個数を変えるデジタル的な制御とAVDの値を変えるアナログ的な制御を行うことで、より広い発振周波数帯を細かく制御することが可能となる。   When a VCO having a plurality of analog memory sets is used, each circuit 104 can hold different AVDs. Therefore, it is possible to finely control a wider oscillation frequency band by performing digital control for changing the number of circuits 104 to be selected and analog control for changing the value of AVD.

22 トランジスタ
23 トランジスタ
90 トランジスタ
91 絶縁膜
92a 酸化物半導体膜
92b 酸化物半導体膜
92c 酸化物半導体膜
93 導電膜
94 導電膜
95 絶縁膜
96 導電膜
97 基板
101 回路
102 回路
103 インバータ
104 回路
105 トランジスタ
106 トランジスタ
107 トランジスタ
108 容量素子
112a 領域
112b 領域
113a 領域
113b 領域
113c 領域
114a 領域
114b 領域
115 領域
201 位相比較器
202 ループフィルタ
203 電圧制御発振器
204 分周器
300 基板
310 絶縁膜
311 絶縁膜
312 絶縁膜
313 絶縁膜
314 絶縁膜
315 絶縁膜
316 絶縁膜
317 絶縁膜
320 半導体膜
320a 不純物領域
320b 不純物領域
320c 不純物領域
320d 不純物領域
320e 不純物領域
320f チャネル形成領域
320g チャネル形成領域
322a ゲート絶縁膜
322b ゲート絶縁膜
324a ゲート電極
324b ゲート電極
326a サイドウォール絶縁膜
326b サイドウォール絶縁膜
328a 導電膜
328b 導電膜
328c 導電膜
330a 導電膜
330b 導電膜
330c 導電膜
332 導電膜
334 導電膜
336 導電膜
340 酸化物半導体膜
340a 酸化物半導体膜
340c 酸化物半導体膜
342a 導電膜
342b 導電膜
344a 導電膜
344b 導電膜
346 ゲート絶縁膜
348 ゲート電極
350a 導電膜
350b 導電膜
350c 導電膜
400 基板
401 素子分離領域
402 不純物領域
403 不純物領域
404 チャネル形成領域
405 絶縁膜
406 ゲート電極
411 絶縁膜
412 導電膜
413 導電膜
414 導電膜
416 導電膜
417 導電膜
418 導電膜
420 絶縁膜
421 絶縁膜
422 絶縁膜
430 半導体膜
430a 酸化物半導体膜
430c 酸化物半導体膜
431 ゲート絶縁膜
432 導電膜
433 導電膜
434 ゲート電極
601 半導体基板
610 素子分離領域
611 絶縁膜
612 絶縁膜
613 絶縁膜
625 導電膜
626 導電膜
627 導電膜
634 導電膜
635 導電膜
636 導電膜
637 導電膜
644 導電膜
651 導電膜
652 導電膜
653 導電膜
661 絶縁膜
662 ゲート絶縁膜
663 絶縁膜
701 半導体膜
710 領域
711 領域
721 導電膜
722 導電膜
731 ゲート電極
5001 筐体
5002 筐体
5003 表示部
5004 表示部
5005 マイクロホン
5006 スピーカー
5007 操作キー
5008 スタイラス
5101 車体
5102 車輪
5103 ダッシュボード
5104 ライト
5301 筐体
5302 冷蔵室用扉
5303 冷凍室用扉
5401 筐体
5402 表示部
5403 キーボード
5404 ポインティングデバイス
5601 筐体
5602 筐体
5603 表示部
5604 表示部
5605 接続部
5606 操作キー
5801 筐体
5802 筐体
5803 表示部
5804 操作キー
5805 レンズ
5806 接続部
22 transistor 23 transistor 90 transistor 91 insulating film 92a oxide semiconductor film 92b oxide semiconductor film 92c oxide semiconductor film 93 conductive film 94 conductive film 95 insulating film 96 conductive film 97 substrate 101 circuit 102 circuit 103 inverter 104 circuit 105 transistor 106 transistor 107 Transistor 108 Capacitor 112a Region 112b Region 113a Region 113b Region 113c Region 114a Region 114b Region 115 Region 201 Phase comparator 202 Loop filter 203 Voltage controlled oscillator 204 Frequency divider 300 Substrate 310 Insulating film 311 Insulating film 311 Insulating film 313 Insulating film 314 Insulating film 315 Insulating film 316 Insulating film 317 Insulating film 320 Semiconductor film 320a Impurity region 320b Impurity region 320c Impurity region 320d Impurity region 3 20e Impurity region 320f Channel formation region 320g Channel formation region 322a Gate insulation film 322b Gate insulation film 324a Gate electrode 324b Gate electrode 326a Side wall insulation film 326b Side wall insulation film 328a Conductive film 328b Conductive film 328c Conductive film 330a Conductive film 330b Conductive film 330c conductive film 332 conductive film 334 conductive film 336 conductive film 340 oxide semiconductor film 340a oxide semiconductor film 340c oxide semiconductor film 342a conductive film 342b conductive film 344a conductive film 344b conductive film 346 gate insulating film 348 gate electrode 350a conductive film 350b Conductive film 350c Conductive film 400 Substrate 401 Element isolation region 402 Impurity region 403 Impurity region 404 Channel formation region 405 Insulating film 406 Gate electrode 411 Insulating film 412 Conductive film 413 Conductive film 414 Conductive film 416 Conductive film 417 Conductive film 418 Conductive film 420 Insulating film 421 Insulating film 422 Insulating film 430 Semiconductor film 430a Oxide semiconductor film 430c Oxide semiconductor film 431 Gate insulating film 432 Conductive film 433 Conductive film 434 Gate electrode 601 Semiconductor substrate 610 Element isolation region 611 Insulating film 612 Insulating film 613 Insulating film 625 Conductive film 626 Conductive film 627 Conductive film 634 Conductive film 635 Conductive film 636 Conductive film 637 Conductive film 644 Conductive film 651 Conductive film 652 Conductive film 653 Conductive Film 661 Insulating film 662 Gate insulating film 663 Insulating film 701 Semiconductor film 710 Region 711 Region 721 Conductive film 722 Conductive film 731 Gate electrode 5001 Case 5002 Case 5003 Display portion 5004 Display portion 5005 Microphone 5006 Speaker 5007 Control Construction key 5008 Stylus 5101 Car body 5102 Wheel 5103 Dashboard 5104 Light 5301 Housing 5302 Refrigeration room door 5303 Freezer compartment door 5401 Housing 5402 Display unit 5403 Keyboard 5404 Pointing device 5601 Housing 5602 Housing 5603 Display unit 5604 Display unit 5605 Connection portion 5606 Operation key 5801 Case 5802 Case 5803 Display portion 5804 Operation key 5805 Lens 5806 Connection portion

Claims (8)

発振回路を有し、
前記発振回路は、第1乃至第n(nは3以上の奇数)のインバータと、第1の回路と、第2の回路と、を有し、
前記第1の回路の第1の端子は、前記第i(iは1乃至n−1のいずれか一)のインバータの出力端子と電気的に接続され、
前記第1の回路の第2の端子は、前記第i+1のインバータの入力端子と電気的に接続され、
前記第2の回路の第1の端子は、前記第iのインバータの出力端子と電気的に接続され、
前記第2の回路の第2の端子は、前記第i+1のインバータの入力端子と電気的に接続され、
前記第iのインバータの出力端子と前記第1の回路の第1の端子との間の配線経路と、前記第1の回路の第2の端子と前記第i+1のインバータの入力端子との間の配線経路と、の長さの和と、
前記第iのインバータの出力端子と前記第2の回路の第1の端子との間の配線経路と、前記第2の回路の第2の端子と前記第i+1のインバータの入力端子との間の配線経路と、の長さの和が、概略等しいことを特徴とする半導体装置。
Having an oscillation circuit,
The oscillation circuit includes first to n-th (n is an odd number of 3 or more) inverters, a first circuit, and a second circuit.
A first terminal of the first circuit is electrically connected to an output terminal of the i-th inverter (i is any one of 1 to n-1);
A second terminal of the first circuit is electrically connected to an input terminal of the i + 1th inverter;
A first terminal of the second circuit is electrically connected to an output terminal of the i-th inverter;
A second terminal of the second circuit is electrically connected to an input terminal of the i + 1th inverter;
A wiring path between the output terminal of the i-th inverter and the first terminal of the first circuit, and between the second terminal of the first circuit and the input terminal of the i + 1-th inverter. The sum of the length of the wiring path and
A wiring path between the output terminal of the i-th inverter and the first terminal of the second circuit, and between the second terminal of the second circuit and the input terminal of the i + 1-th inverter. A semiconductor device characterized in that a sum of lengths of wiring paths is substantially equal.
請求項1において、
前記第1の回路および前記第2の回路の少なくとも一部の上に絶縁膜を有し、
前記絶縁膜の上に、前記第iのインバータの出力端子と電気的に接続された第1の配線と、前記第i+1のインバータの入力端子と電気的に接続された第2の配線を有し、
前記第1の配線は、前記絶縁膜に設けられた第1の開口部を介して前記第1の回路の第1の端子と電気的に接続され、且つ前記絶縁膜に設けられた第2の開口部を介して前記第2の回路の第1の端子と電気的に接続され、
前記第2の配線は、前記絶縁膜に設けられた第3の開口部を介して前記第1の回路の第2の端子と電気的に接続され、且つ前記絶縁膜に設けられた第4の開口部を介して前記第2の回路の第2の端子と電気的に接続され、
前記第1の開口部と前記第2の開口部の間の距離は、前記第3の開口部と前記第4の開口部の間の距離と概略等しいことを特徴とする半導体装置。
In claim 1,
An insulating film on at least a part of the first circuit and the second circuit;
On the insulating film, a first wiring electrically connected to an output terminal of the i-th inverter and a second wiring electrically connected to an input terminal of the i + 1-th inverter are provided. ,
The first wiring is electrically connected to a first terminal of the first circuit through a first opening provided in the insulating film, and a second wiring provided in the insulating film. Electrically connected to the first terminal of the second circuit through the opening,
The second wiring is electrically connected to a second terminal of the first circuit through a third opening provided in the insulating film, and a fourth wiring provided in the insulating film. Electrically connected to the second terminal of the second circuit through the opening;
A distance between the first opening and the second opening is approximately equal to a distance between the third opening and the fourth opening.
請求項1または請求項2において、
前記第j(jは1以上n以下の奇数)のインバータが設けられた第1の領域と、
前記第1の回路および前記第2の回路が設けられた第2の領域と、
前記第k(kは2以上n−1以下の偶数)のインバータが設けられた第3の領域と、を有し、
前記第1の領域と前記第3の領域の間に、前記第2の領域が位置することを特徴とする半導体装置。
In claim 1 or claim 2,
A first region in which the j-th inverter (j is an odd number from 1 to n) is provided;
A second region in which the first circuit and the second circuit are provided;
A third region provided with the k-th inverter (k is an even number not less than 2 and not more than n-1),
The semiconductor device, wherein the second region is located between the first region and the third region.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項において、
前記第1の回路は、第1のデータを格納する機能を有し、
前記第1の回路は、第1の端子と第2の端子とを非導通にするか、第1の端子と第2の端子との間の抵抗値を前記第1のデータに基づいた値にするかを切り替える機能を有し、
前記第2の回路は、第2のデータを格納する機能を有し、
前記第2の回路は、第1の端子と第2の端子とを非導通にするか、第1の端子と第2の端子との間の抵抗値を前記第2のデータに基づいた値にするかを切り替える機能を有することを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 3,
The first circuit has a function of storing first data;
The first circuit makes the first terminal and the second terminal non-conductive, or sets a resistance value between the first terminal and the second terminal to a value based on the first data. Has a function to switch between
The second circuit has a function of storing second data;
The second circuit makes the first terminal and the second terminal non-conductive, or sets a resistance value between the first terminal and the second terminal to a value based on the second data. A semiconductor device having a function of switching whether or not to perform.
請求項1乃至請求項4のいずれか一項において、
前記第1のデータ及び前記第2のデータは、アナログ電位であることを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 4,
The semiconductor device, wherein the first data and the second data are analog potentials.
請求項1乃至請求項5のいずれか一項において、
前記第1の回路は、第1のトランジスタと、第1の容量素子と、を有し、
前記第2の回路は、第2のトランジスタと、第2の容量素子と、を有し、
前記第1のデータは、前記第1のトランジスタを介して前記第1の容量素子に入力され、
前記第2のデータは、前記第2のトランジスタを介して前記第2の容量素子に入力され、
前記第1のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有し、
前記第2のトランジスタは、チャネル形成領域に酸化物半導体を有することを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 5,
The first circuit includes a first transistor and a first capacitor,
The second circuit includes a second transistor and a second capacitor,
The first data is input to the first capacitor through the first transistor,
The second data is input to the second capacitor through the second transistor,
The first transistor includes an oxide semiconductor in a channel formation region,
The semiconductor device, wherein the second transistor includes an oxide semiconductor in a channel formation region.
請求項1乃至請求項6のいずれか一項において、
前記第1の回路は、第3のトランジスタと、第4のトランジスタと、を有し、
前記第2の回路は、第5のトランジスタと、第6のトランジスタと、を有し、
前記第3のトランジスタ及び前記第4のトランジスタは、前記第1の回路の第1の端子と前記第1の回路の第2の端子との間に直列に電気的に接続され、
前記第5のトランジスタ及び前記第6のトランジスタは、前記第2の回路の第1の端子と前記第2の回路の第2の端子との間に直列に電気的に接続され、
前記第3のトランジスタのソースとドレインとの間の抵抗値は、前記第1のデータに基づいた値を有し、
前記第4のトランジスタは、前記第1の回路の第1の端子と前記第1の回路の第2の端子との導通又は非導通を制御する機能を有し、
前記第5のトランジスタのソースとドレインとの間の抵抗値は、前記第2のデータに基づいた値を有し、
前記第6のトランジスタは、前記第2の回路の第1の端子と前記第2の回路の第2の端子との導通又は非導通を制御する機能を有することを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
The first circuit includes a third transistor and a fourth transistor,
The second circuit includes a fifth transistor and a sixth transistor,
The third transistor and the fourth transistor are electrically connected in series between a first terminal of the first circuit and a second terminal of the first circuit,
The fifth transistor and the sixth transistor are electrically connected in series between a first terminal of the second circuit and a second terminal of the second circuit;
The resistance value between the source and drain of the third transistor has a value based on the first data,
The fourth transistor has a function of controlling conduction or non-conduction between the first terminal of the first circuit and the second terminal of the first circuit;
The resistance value between the source and the drain of the fifth transistor has a value based on the second data,
The sixth transistor has a function of controlling conduction or non-conduction between a first terminal of the second circuit and a second terminal of the second circuit.
請求項1乃至請求項7のいずれか一項において、
PLLを有し、
前記PLLは、前記発振回路と、分周器と、位相比較器と、ループフィルタと、を有することを特徴とする半導体装置。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
Having a PLL,
The PLL includes the oscillation circuit, a frequency divider, a phase comparator, and a loop filter.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013176199A1 (en) * 2012-05-25 2013-11-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Programmable logic device and semiconductor device
KR102264584B1 (en) * 2014-03-07 2021-06-11 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Method for driving semiconductor device
JP6739150B2 (en) 2014-08-08 2020-08-12 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device, oscillator circuit, phase locked loop circuit, and electronic device
US10038402B2 (en) 2015-10-30 2018-07-31 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device and electronic device
US10249249B2 (en) 2016-03-04 2019-04-02 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device, display panel, and electronic device
TWI730091B (en) 2016-05-13 2021-06-11 日商半導體能源研究所股份有限公司 Semiconductor device
KR102446134B1 (en) 2016-07-29 2022-09-21 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Semiconductor device, display system, and electronic device

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0420016A (en) * 1990-05-14 1992-01-23 Hitachi Ltd Clock generator and semiconductor integrated circuit
JPH0677782A (en) * 1992-08-26 1994-03-18 Toshiba Corp Ring oscillator
JPH10242811A (en) * 1997-02-21 1998-09-11 Nec Corp Voltage-controlled oscillator
JPH1127107A (en) * 1997-07-02 1999-01-29 Fujitsu Ltd Voltage controlled oscillating circuit
JP2009049041A (en) * 2007-08-13 2009-03-05 Hitachi Displays Ltd Semiconductor device
JP2012253753A (en) * 2011-05-06 2012-12-20 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor storage device
JP2013017119A (en) * 2011-07-06 2013-01-24 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Oscillator
JP2014158250A (en) * 2012-05-25 2014-08-28 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Programmable logic device and semiconductor device

Family Cites Families (105)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60198861A (en) 1984-03-23 1985-10-08 Fujitsu Ltd Thin film transistor
JPH0244256B2 (en) 1987-01-28 1990-10-03 Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho INGAZN2O5DESHIMESARERUROTSUHOSHOKEINOSOJOKOZOOJUSURUKAGOBUTSUOYOBISONOSEIZOHO
JPS63210023A (en) 1987-02-24 1988-08-31 Natl Inst For Res In Inorg Mater Compound having laminar structure of hexagonal crystal system expressed by ingazn4o7 and its production
JPH0244260B2 (en) 1987-02-24 1990-10-03 Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho INGAZN5O8DESHIMESARERUROTSUHOSHOKEINOSOJOKOZOOJUSURUKAGOBUTSUOYOBISONOSEIZOHO
JPH0244258B2 (en) 1987-02-24 1990-10-03 Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho INGAZN3O6DESHIMESARERUROTSUHOSHOKEINOSOJOKOZOOJUSURUKAGOBUTSUOYOBISONOSEIZOHO
JPH0244262B2 (en) 1987-02-27 1990-10-03 Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho INGAZN6O9DESHIMESARERUROTSUHOSHOKEINOSOJOKOZOOJUSURUKAGOBUTSUOYOBISONOSEIZOHO
JPH0244263B2 (en) 1987-04-22 1990-10-03 Kagaku Gijutsucho Mukizaishitsu Kenkyushocho INGAZN7O10DESHIMESARERUROTSUHOSHOKEINOSOJOKOZOOJUSURUKAGOBUTSUOYOBISONOSEIZOHO
JPH05251705A (en) 1992-03-04 1993-09-28 Fuji Xerox Co Ltd Thin-film transistor
JP3479375B2 (en) 1995-03-27 2003-12-15 科学技術振興事業団 Metal oxide semiconductor device in which a pn junction is formed with a thin film transistor made of a metal oxide semiconductor such as cuprous oxide, and methods for manufacturing the same
EP0820644B1 (en) 1995-08-03 2005-08-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Semiconductor device provided with transparent switching element
JP3625598B2 (en) 1995-12-30 2005-03-02 三星電子株式会社 Manufacturing method of liquid crystal display device
JP4170454B2 (en) 1998-07-24 2008-10-22 Hoya株式会社 Article having transparent conductive oxide thin film and method for producing the same
JP2000150861A (en) 1998-11-16 2000-05-30 Tdk Corp Oxide thin film
JP3276930B2 (en) 1998-11-17 2002-04-22 科学技術振興事業団 Transistor and semiconductor device
TW460731B (en) 1999-09-03 2001-10-21 Ind Tech Res Inst Electrode structure and production method of wide viewing angle LCD
TW480824B (en) * 2000-01-24 2002-03-21 Multigig Ltd Electronic circuitry
JP4089858B2 (en) 2000-09-01 2008-05-28 国立大学法人東北大学 Semiconductor device
KR20020038482A (en) 2000-11-15 2002-05-23 모리시타 요이찌 Thin film transistor array, method for producing the same, and display panel using the same
JP3997731B2 (en) 2001-03-19 2007-10-24 富士ゼロックス株式会社 Method for forming a crystalline semiconductor thin film on a substrate
JP2002289859A (en) 2001-03-23 2002-10-04 Minolta Co Ltd Thin-film transistor
JP4090716B2 (en) 2001-09-10 2008-05-28 雅司 川崎 Thin film transistor and matrix display device
JP3925839B2 (en) 2001-09-10 2007-06-06 シャープ株式会社 Semiconductor memory device and test method thereof
US7061014B2 (en) 2001-11-05 2006-06-13 Japan Science And Technology Agency Natural-superlattice homologous single crystal thin film, method for preparation thereof, and device using said single crystal thin film
JP4164562B2 (en) 2002-09-11 2008-10-15 独立行政法人科学技術振興機構 Transparent thin film field effect transistor using homologous thin film as active layer
JP4083486B2 (en) 2002-02-21 2008-04-30 独立行政法人科学技術振興機構 Method for producing LnCuO (S, Se, Te) single crystal thin film
CN1445821A (en) 2002-03-15 2003-10-01 三洋电机株式会社 Forming method of ZnO film and ZnO semiconductor layer, semiconductor element and manufacturing method thereof
JP3933591B2 (en) 2002-03-26 2007-06-20 淳二 城戸 Organic electroluminescent device
US7339187B2 (en) 2002-05-21 2008-03-04 State Of Oregon Acting By And Through The Oregon State Board Of Higher Education On Behalf Of Oregon State University Transistor structures
JP2004022625A (en) 2002-06-13 2004-01-22 Murata Mfg Co Ltd Manufacturing method of semiconductor device and its manufacturing method
US7105868B2 (en) 2002-06-24 2006-09-12 Cermet, Inc. High-electron mobility transistor with zinc oxide
US7067843B2 (en) 2002-10-11 2006-06-27 E. I. Du Pont De Nemours And Company Transparent oxide semiconductor thin film transistors
JP4166105B2 (en) 2003-03-06 2008-10-15 シャープ株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2004273732A (en) 2003-03-07 2004-09-30 Sharp Corp Active matrix substrate and its producing process
JP4108633B2 (en) 2003-06-20 2008-06-25 シャープ株式会社 THIN FILM TRANSISTOR, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND ELECTRONIC DEVICE
US7262463B2 (en) 2003-07-25 2007-08-28 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Transistor including a deposited channel region having a doped portion
CN1998087B (en) 2004-03-12 2014-12-31 独立行政法人科学技术振兴机构 Amorphous oxide and thin film transistor
US7282782B2 (en) 2004-03-12 2007-10-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Combined binary oxide semiconductor device
US7145174B2 (en) 2004-03-12 2006-12-05 Hewlett-Packard Development Company, Lp. Semiconductor device
US7297977B2 (en) 2004-03-12 2007-11-20 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Semiconductor device
US7211825B2 (en) 2004-06-14 2007-05-01 Yi-Chi Shih Indium oxide-based thin film transistors and circuits
JP2006100760A (en) 2004-09-02 2006-04-13 Casio Comput Co Ltd Thin-film transistor and its manufacturing method
US7285501B2 (en) 2004-09-17 2007-10-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Method of forming a solution processed device
US7298084B2 (en) 2004-11-02 2007-11-20 3M Innovative Properties Company Methods and displays utilizing integrated zinc oxide row and column drivers in conjunction with organic light emitting diodes
KR20070085879A (en) 2004-11-10 2007-08-27 캐논 가부시끼가이샤 Light-emitting device
US7829444B2 (en) 2004-11-10 2010-11-09 Canon Kabushiki Kaisha Field effect transistor manufacturing method
US7863611B2 (en) 2004-11-10 2011-01-04 Canon Kabushiki Kaisha Integrated circuits utilizing amorphous oxides
US7453065B2 (en) 2004-11-10 2008-11-18 Canon Kabushiki Kaisha Sensor and image pickup device
CN101057338B (en) 2004-11-10 2011-03-16 佳能株式会社 Field effect transistor employing an amorphous oxide
US7791072B2 (en) 2004-11-10 2010-09-07 Canon Kabushiki Kaisha Display
CN101057339B (en) 2004-11-10 2012-12-26 佳能株式会社 Amorphous oxide and field effect transistor
US7579224B2 (en) 2005-01-21 2009-08-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing a thin film semiconductor device
TWI472037B (en) 2005-01-28 2015-02-01 Semiconductor Energy Lab Semiconductor device, electronic device, and method of manufacturing semiconductor device
TWI390735B (en) 2005-01-28 2013-03-21 Semiconductor Energy Lab Semiconductor device, electronic device, and method of manufacturing semiconductor device
US7858451B2 (en) 2005-02-03 2010-12-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Electronic device, semiconductor device and manufacturing method thereof
US7948171B2 (en) 2005-02-18 2011-05-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light emitting device
US20060197092A1 (en) 2005-03-03 2006-09-07 Randy Hoffman System and method for forming conductive material on a substrate
US8681077B2 (en) 2005-03-18 2014-03-25 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device, and display device, driving method and electronic apparatus thereof
US7544967B2 (en) 2005-03-28 2009-06-09 Massachusetts Institute Of Technology Low voltage flexible organic/transparent transistor for selective gas sensing, photodetecting and CMOS device applications
US7645478B2 (en) 2005-03-31 2010-01-12 3M Innovative Properties Company Methods of making displays
US8300031B2 (en) 2005-04-20 2012-10-30 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device comprising transistor having gate and drain connected through a current-voltage conversion element
US7777580B2 (en) * 2005-05-27 2010-08-17 Panasonic Corporation Coupled ring oscillator and method for laying out the same
JP2006344849A (en) 2005-06-10 2006-12-21 Casio Comput Co Ltd Thin film transistor
US7691666B2 (en) 2005-06-16 2010-04-06 Eastman Kodak Company Methods of making thin film transistors comprising zinc-oxide-based semiconductor materials and transistors made thereby
US7402506B2 (en) 2005-06-16 2008-07-22 Eastman Kodak Company Methods of making thin film transistors comprising zinc-oxide-based semiconductor materials and transistors made thereby
US7507618B2 (en) 2005-06-27 2009-03-24 3M Innovative Properties Company Method for making electronic devices using metal oxide nanoparticles
US7489204B2 (en) * 2005-06-30 2009-02-10 International Business Machines Corporation Method and structure for chip-level testing of wire delay independent of silicon delay
KR100711890B1 (en) 2005-07-28 2007-04-25 삼성에스디아이 주식회사 Organic Light Emitting Display and Fabrication Method for the same
JP2007059128A (en) 2005-08-23 2007-03-08 Canon Inc Organic electroluminescent display device and manufacturing method thereof
JP2007073705A (en) 2005-09-06 2007-03-22 Canon Inc Oxide-semiconductor channel film transistor and its method of manufacturing same
JP4850457B2 (en) 2005-09-06 2012-01-11 キヤノン株式会社 Thin film transistor and thin film diode
JP5116225B2 (en) 2005-09-06 2013-01-09 キヤノン株式会社 Manufacturing method of oxide semiconductor device
JP4280736B2 (en) 2005-09-06 2009-06-17 キヤノン株式会社 Semiconductor element
EP1995787A3 (en) 2005-09-29 2012-01-18 Semiconductor Energy Laboratory Co, Ltd. Semiconductor device having oxide semiconductor layer and manufacturing method therof
JP5037808B2 (en) 2005-10-20 2012-10-03 キヤノン株式会社 Field effect transistor using amorphous oxide, and display device using the transistor
KR101117948B1 (en) 2005-11-15 2012-02-15 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Method of Manufacturing a Liquid Crystal Display Device
TWI292281B (en) 2005-12-29 2008-01-01 Ind Tech Res Inst Pixel structure of active organic light emitting diode and method of fabricating the same
US7867636B2 (en) 2006-01-11 2011-01-11 Murata Manufacturing Co., Ltd. Transparent conductive film and method for manufacturing the same
JP4977478B2 (en) 2006-01-21 2012-07-18 三星電子株式会社 ZnO film and method of manufacturing TFT using the same
US7576394B2 (en) 2006-02-02 2009-08-18 Kochi Industrial Promotion Center Thin film transistor including low resistance conductive thin films and manufacturing method thereof
US7977169B2 (en) 2006-02-15 2011-07-12 Kochi Industrial Promotion Center Semiconductor device including active layer made of zinc oxide with controlled orientations and manufacturing method thereof
KR20070101595A (en) 2006-04-11 2007-10-17 삼성전자주식회사 Zno thin film transistor
US20070252928A1 (en) 2006-04-28 2007-11-01 Toppan Printing Co., Ltd. Structure, transmission type liquid crystal display, reflection type display and manufacturing method thereof
JP5028033B2 (en) 2006-06-13 2012-09-19 キヤノン株式会社 Oxide semiconductor film dry etching method
JP4999400B2 (en) 2006-08-09 2012-08-15 キヤノン株式会社 Oxide semiconductor film dry etching method
JP4609797B2 (en) 2006-08-09 2011-01-12 Nec液晶テクノロジー株式会社 Thin film device and manufacturing method thereof
JP4332545B2 (en) 2006-09-15 2009-09-16 キヤノン株式会社 Field effect transistor and manufacturing method thereof
JP5164357B2 (en) 2006-09-27 2013-03-21 キヤノン株式会社 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP4274219B2 (en) 2006-09-27 2009-06-03 セイコーエプソン株式会社 Electronic devices, organic electroluminescence devices, organic thin film semiconductor devices
US7622371B2 (en) 2006-10-10 2009-11-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fused nanocrystal thin film semiconductor and method
US7772021B2 (en) 2006-11-29 2010-08-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Flat panel displays comprising a thin-film transistor having a semiconductive oxide in its channel and methods of fabricating the same for use in flat panel displays
JP2008140684A (en) 2006-12-04 2008-06-19 Toppan Printing Co Ltd Color el display, and its manufacturing method
KR101303578B1 (en) 2007-01-05 2013-09-09 삼성전자주식회사 Etching method of thin film
US8207063B2 (en) 2007-01-26 2012-06-26 Eastman Kodak Company Process for atomic layer deposition
KR100851215B1 (en) 2007-03-14 2008-08-07 삼성에스디아이 주식회사 Thin film transistor and organic light-emitting dislplay device having the thin film transistor
US7795613B2 (en) 2007-04-17 2010-09-14 Toppan Printing Co., Ltd. Structure with transistor
KR101325053B1 (en) 2007-04-18 2013-11-05 삼성디스플레이 주식회사 Thin film transistor substrate and manufacturing method thereof
KR20080094300A (en) 2007-04-19 2008-10-23 삼성전자주식회사 Thin film transistor and method of manufacturing the same and flat panel display comprising the same
KR101334181B1 (en) 2007-04-20 2013-11-28 삼성전자주식회사 Thin Film Transistor having selectively crystallized channel layer and method of manufacturing the same
CN101663762B (en) 2007-04-25 2011-09-21 佳能株式会社 Oxynitride semiconductor
KR101345376B1 (en) 2007-05-29 2013-12-24 삼성전자주식회사 Fabrication method of ZnO family Thin film transistor
US8202365B2 (en) 2007-12-17 2012-06-19 Fujifilm Corporation Process for producing oriented inorganic crystalline film, and semiconductor device using the oriented inorganic crystalline film
JP4623179B2 (en) 2008-09-18 2011-02-02 ソニー株式会社 Thin film transistor and manufacturing method thereof
JP5451280B2 (en) 2008-10-09 2014-03-26 キヤノン株式会社 Wurtzite crystal growth substrate, manufacturing method thereof, and semiconductor device
KR102264584B1 (en) 2014-03-07 2021-06-11 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Method for driving semiconductor device
WO2016012893A1 (en) 2014-07-25 2016-01-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Oscillator circuit and semiconductor device including the same

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0420016A (en) * 1990-05-14 1992-01-23 Hitachi Ltd Clock generator and semiconductor integrated circuit
JPH0677782A (en) * 1992-08-26 1994-03-18 Toshiba Corp Ring oscillator
JPH10242811A (en) * 1997-02-21 1998-09-11 Nec Corp Voltage-controlled oscillator
JPH1127107A (en) * 1997-07-02 1999-01-29 Fujitsu Ltd Voltage controlled oscillating circuit
JP2009049041A (en) * 2007-08-13 2009-03-05 Hitachi Displays Ltd Semiconductor device
JP2012253753A (en) * 2011-05-06 2012-12-20 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Semiconductor storage device
JP2013017119A (en) * 2011-07-06 2013-01-24 Asahi Kasei Electronics Co Ltd Oscillator
JP2014158250A (en) * 2012-05-25 2014-08-28 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Programmable logic device and semiconductor device

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